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KR101083701B1 - Reversible Solid Oxide Fuel Cell Stack and Method for Preparing Same - Google Patents

Reversible Solid Oxide Fuel Cell Stack and Method for Preparing Same Download PDF

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KR101083701B1
KR101083701B1 KR1020087007857A KR20087007857A KR101083701B1 KR 101083701 B1 KR101083701 B1 KR 101083701B1 KR 1020087007857 A KR1020087007857 A KR 1020087007857A KR 20087007857 A KR20087007857 A KR 20087007857A KR 101083701 B1 KR101083701 B1 KR 101083701B1
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Abstract

1) 결합된 전해질 및 밀봉층을 가진 하나 이상의 금속 함유 층(1)을 포함하는 제1 성분, 여기서 상기 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)은 전극을 수용함; 및 2) 결합된 인터커넥트 및 밀봉층을 가진 하나 이상의 금속 함유 층(1)을 포함하는 제2 성분, 여기서 상기 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)은 전극을 수용함; 을 포함하는 가역 SOFC 단일 스택이 제공된다. 또한 가역 고형 산화물 연료전지 스택을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 이와 같이 제조된 고형 산화물 연료전지 스택은 향상된 기계적 안정성 및 높은 전기적 수행력을 가지고, 상기 고형 산화물 연료전지 스택을 제조하기 위한 공정은 비용 절감의 효과를 가진다.1) a first component comprising at least one metal containing layer (1) having a bonded electrolyte and a sealing layer, wherein said at least one porous metal containing layer (1) receives an electrode; And 2) a second component comprising at least one metal containing layer (1) having a bonded interconnect and a sealing layer, wherein said at least one porous metal containing layer (1) receives an electrode; A single stack of reversible SOFCs is provided. Also provided is a method for fabricating a reversible solid oxide fuel cell stack. The solid oxide fuel cell stack manufactured as described above has improved mechanical stability and high electrical performance, and the process for manufacturing the solid oxide fuel cell stack has a cost saving effect.

Description

가역 고형 산화물 연료전지 스택 및 이의 제조방법{Reversible Solid Oxide Fuel Cell Stack and Method for Preparing Same}Reversible Solid Oxide Fuel Cell Stack and Method for Preparing Same

본 발명은 가역 고형 산화물 연료전지 스택 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reversible solid oxide fuel cell stack and a method of manufacturing the same.

고형 산화물 연료전지(SOFC)는 선행기술에서 잘 알려져 있고 다양한 구조를 나타낸다. 일반적인 형태로 전해질층이 두 전극 사이에 끼워 있는 판형 구조(flat plate design)와 관형 구조(tubular design)가 포함된다. 작동하는 동안, 항상 500℃ 내지 1100℃의 온도에서, 하나의 전극은 산소 또는 공기와 접촉하고 다른 하나의 전극은 연료 가스와 접촉한다.Solid oxide fuel cells (SOFCs) are well known in the art and exhibit various structures. Common forms include a flat plate design and a tubular design in which an electrolyte layer is sandwiched between two electrodes. During operation, always at a temperature of 500 ° C. to 1100 ° C., one electrode is in contact with oxygen or air and the other is in contact with fuel gas.

높은 전도율, 전극/전해질 경계면에서의 넓은 범위의 전기화학적 활성부, 넓은 범위의 연료 가스에 대한 화학 및 물리적 안정성, 및 구조 변화는 종종 전기적 작용의 악화를 동반하므로 작동 시간 동안의 최소의 미세구조 변화와 같은 여러 물성들이 상기 SOFC에 대해 요구된다. High conductivity, a wide range of electrochemically active regions at the electrode / electrolyte interface, chemical and physical stability to a wide range of fuel gases, and structural changes are often accompanied by deterioration of electrical action and therefore minimal microstructural changes during operating time Various properties such as are required for the SOFC.

일반적인 작동 조건 하에서, 단일 전지는 1 V 미만을 산출한다. 상기 SOFC로 부터 더 높은 전압과 전력을 산출하기 위해서, 여러 전지로 스택을 형성하는 것이 필요하다.Under normal operating conditions, a single cell yields less than 1 V. In order to yield higher voltages and power from the SOFC, it is necessary to form a stack with several cells.

SOFC 평판형 스택에 대한 가장 공통된 제조 방법에는 단일 전지들을 제조하는 것이 포함된다. 이러한 전지들은 인터커넥트, 집전체, 접촉층 및 밀봉장치와 함께 스택을 형성한다. 조합한 후 이러한 스택(stack)은 상기 구성성분 간의 전기적 접촉뿐만 아니라 밀봉을 확고히 하기 위해 연직 하중을 가하면서 열 처리에 의해 통합/밀봉 처리된다. 작동하는 동안 상기 스택의 기계적/전기적 접촉은 (예를 들어, 요크(yoke)를 사용하여) 계속적인 연직 하중을 가함으로써 안정하게 이루어진다. The most common manufacturing method for SOFC planar stacks involves manufacturing single cells. These cells form a stack with interconnects, current collectors, contact layers and seals. After combination, these stacks are integrated / sealed by heat treatment while applying a vertical load to secure the seal as well as the electrical contact between the components. During operation, the mechanical / electrical contact of the stack is made stable by applying continuous vertical loads (eg using yokes).

상기 전지는 가장 일반적으로 지지 성분(일반적으로 전해질 또는 애노드(anode))의 테이프-캐스팅(tape-casting)을 포함하는 습식 분말 처리 기술(wet powder processing)을 사용하여 제조된다. 상기 전지 지지 성분은 일반적으로 분말 현탁액의 테이프 캐스팅에 의해 제조되고 활성층(캐소드(cathod), 전해질 및 애노드)은 연속적으로 다른 층들에 대한 중간 소결 과정(intermediate sintering step)과 함께, 스프레이 페인팅(spray painting) 또는 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 상기 지지체 상에 형성된다.The cells are most commonly manufactured using wet powder processing, which includes tape-casting of a support component (typically an electrolyte or an anode). The cell support component is generally prepared by tape casting of a powder suspension and the active layers (cathodes, electrolytes and anodes) are continuously spray sprayed, with an intermediate sintering step for the other layers. Or by screen printing.

SOFC는 선택적으로 예를 들어, 전기화학 기상 증착법(CVD) 또는 플라즈마 스프레이 분사법(plasma spraying)에 의해 제조된다. 그러나, 상기 공정은 매우 비용이 비싸므로 낮은 제조 비용에 대한 필요성이 요구된다.SOFCs are optionally prepared by, for example, electrochemical vapor deposition (CVD) or plasma spraying. However, the process is very expensive and a need for low manufacturing costs is required.

결과적으로, 평판형 SOFC를 제작하는 경우, 밀봉 요건이 매우 엄격하기 때문 에 밀봉과 밀봉 표면을 최소화하는 것이 강조된다. 사용될 수 있는 적합한 고온 밀봉제에는 시멘트, 유리 및 유리-세라믹 밀봉제가 포함된다. 평판형 SOFC를 위해 선택되는 밀봉제는 산화 및 환원 환경에서의 충분한 안정성, 전지-스택 성분과의 화학적 융화성 및 적합한 밀봉성과 절연 특성을 가져야 한다. 평판형 SOFC를 위해 개발된 유리 및 유리-세라믹 밀봉제의 예로는 개질된 붕규산 유리 및 알류미늄 규산화 유리가 있다.As a result, when manufacturing flat SOFCs, the emphasis is placed on minimizing sealing and sealing surfaces because the sealing requirements are very stringent. Suitable high temperature sealants that may be used include cement, glass and glass-ceramic sealants. Sealants selected for planar SOFCs must have sufficient stability in oxidation and reducing environments, chemical compatibility with cell-stack components, and suitable sealing and insulating properties. Examples of glass and glass-ceramic sealants developed for flat SOFCs include modified borosilicate glass and aluminum silicate glass.

US-A-200400115503은 다공성 전기 전도 지지층; 조립식 전기화학 장치층; 및 상기 지지층과 전기화학 장치층 사이의 결합층을 포함하는 전기화학 장치 조립체를 개시하고 있다. 또한 다공성 전기 전도 지지층을 준비하는 단계; 조립식 전기화학 장치층을 준비하는 단계; 그리고 상기 지지층과 상기 전기화학 장치를 결합층과 함께 결합시키는 단계를 포함하는 상기 조립체의 제조 방법을 개시하고 있다.US-A-200400115503 discloses a porous electrically conductive support layer; Prefabricated electrochemical device layers; And a bonding layer between the support layer and the electrochemical device layer. Also preparing a porous electrically conductive support layer; Preparing a prefabricated electrochemical device layer; And bonding the support layer and the electrochemical device together with a bonding layer.

US-A-6,458,170은 결합된 고밀도 필름을 가진 다공성 기판으로 이루어진 이중층 구조를 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 균일한 다공성 기판층을 형성하고 이를 예정된 그린 밀도(green density)까지 경화시키는 단계, 예정된 두께의 얇은 그린 필름층을 형성하기 위해 에어로졸 스프레이를 사용하여 상기 기판의 표면 위에 휘발성 담체 내의 필름 물질의 균일한 현탁액을 분사하는 단계; 상기 담체를 증발시키는 단계, 그리고 얇은 그린 필름층과 상기 기판을 소결시키기 위해 상기 그린 필름층과 상기 기판층에 의해 형성된 이중층을 소성하는 단계를 포함하고, 상기 기판은 소성시킨 그린 필름 및 기판층의 전체 수축률은 필름 수축률이 상기 소성시킨 기판의 수축률보다 같거나 작게 될 수 있도록 선택된 예정된 그 린 밀도를 갖는다.US-A-6,458,170 relates to a method for manufacturing a bilayer structure consisting of a porous substrate having a bonded high density film, which method comprises forming a uniform porous substrate layer and curing it to a predetermined green density. Spraying a uniform suspension of film material in a volatile carrier over the surface of the substrate using an aerosol spray to form a thin green film layer of predetermined thickness; Evaporating the carrier, and firing a double layer formed by the green film layer and the substrate layer to sinter the thin green film layer and the substrate, wherein the substrate is formed of the fired green film and substrate layer. The overall shrinkage rate has a predetermined green density selected such that the film shrinkage rate can be equal to or smaller than the shrinkage rate of the fired substrate.

Y.Matus et al., "Metal-supported solid oxide fuel cell membranes for rapid thermal cycling", Solid State Ionics, 176(2005), 443-449는 SOFC 멤브레인(SOFC membrane)에 관한 것이고, 상기 멤브레인의 지르코니아계 전해질 포일 필름은 다공성 재료 금소/세라믹 집전체에 의해 지지되고 200℃와 800℃ 사이에서 빠른 열적 순환을 제공한다.Y. Matus et al., “Metal-supported solid oxide fuel cell membranes for rapid thermal cycling,” Solid State Ionics, 176 (2005), 443-449, relate to SOFC membranes, the zirconia-based The electrolyte foil film is supported by the porous material metallic / ceramic current collector and provides fast thermal cycling between 200 ° C and 800 ° C.

US-A-6,843,960은 금속 또는 금속 합금 플레이트의 제조방법을 개시하고 있고, 상기 제조방법은 분말에 용매, 분산제, 가소제 및 유기 결합제를 첨가하여 예정된 조성의 분말을 형성하여 슬립(slip)을 형성하는 단계; 상기 슬립으로 기판 상에 층을 형성하는 단계; 바로 상기 층 위에 추가적인 층을 형성하고 바로 이전 층 위에 추가적인 복수개의 층을 형성하여 정해진 순서에 따라 다층 분급화 스택(graded stack)을 제조하는 단계; 예정된 온도로 다층 분급화 스택을 가열하여 상기 결합제를 소진하는 단계; 및 예정된 기간 동안 환원 상태에서 설정 온도로 상기 층을 소결시키는 단계를 포함한다.US-A-6,843,960 discloses a method for producing a metal or metal alloy plate, which method comprises adding a solvent, a dispersant, a plasticizer and an organic binder to the powder to form a powder of a predetermined composition to form a slip. step; Forming a layer on the substrate with the slip; Forming an additional layer immediately above said layer and forming an additional plurality of layers immediately above said layer to produce a multilayer graded stack in a predetermined order; Exhausting the binder by heating the multilayer classification stack to a predetermined temperature; And sintering the layer at a set temperature in a reduced state for a predetermined period of time.

US-A-20030232230은 다층 라미네이트(multilayer laminate)를 포함하는 SOFC 반복 유닛(SOFC repeat unit)에 관한 것이고, 상기 다층 라미네이트는 금속 공기 유동장(metallic air flow field); 상기 금속 공기 유동장에 배치된 금속 인터커넥트(interconnect); 상기 금속 인터커넥트에 배치된 금속 연료 유동장; 상기 금속 연료 유동장에 배치된 애노드(anode), 및 상기 애노드 상에 배치된 산화 전해질을 포함한다. 제조된 소결 반복 유닛은 SOFC를 형성하기 위해서 스택을 형성하고, 상 기 스택은 소결 후 밀봉된다.US-A-20030232230 relates to a SOFC repeat unit comprising a multilayer laminate, the multilayer laminate comprising: a metallic air flow field; A metal interconnect disposed in the metal air flow field; A metal fuel flow field disposed in the metal interconnect; An anode disposed in the metal fuel flow field, and an oxidizing electrolyte disposed on the anode. The manufactured sintering repeat unit forms a stack to form SOFC, and the stack is sealed after sintering.

WO 03/075382은 반복적으로 적층된 애노드, 전해질, 캐소드(cathode) 및 인터커넥트층을 포함하고, 상기 인터커넥트층은 상기 인터커넥트, 전해질과 분리되어 있는 복수개의 개스킷 구성요소(gasket element)을 포함하고, 그리고 개스킷 구성요소는 연료, 산화제 입구 및 배기 흐름 스트림을 위한 일체형 매니폴드(manifold)를 마련한 것을 특징으로 하는 타입의 고형 산화물 연료 전지에 대해 개시하고 있다.WO 03/075382 comprises repeatedly laminated anode, electrolyte, cathode and interconnect layers, the interconnect layer comprising a plurality of gasket elements separated from the interconnect, electrolyte, and The gasket component discloses a solid oxide fuel cell of the type characterized in that it has an integral manifold for fuel, oxidant inlet and exhaust stream.

GB-A-2400723은 중간 온도 고형 산화물 연료전지에 관하여 개시하고 있고, 이는 세밀 다공성 지지체와 상기 다공성 지지체를 덮고 있는 비다공성 프레임을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강 기판(ferritic stainless steel substrate), 상기 비다공성 프레임 내에 배치되고 상기 세밀 다공성 지지체에 의해 내부적으로 지지되는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 위에 배치된 전해질층, 및 상기 전해질층 위에 배치된 제2 전극층을 포함한다.GB-A-2400723 discloses a medium temperature solid oxide fuel cell, which is a ferritic stainless steel substrate comprising a fine porous support and a nonporous frame covering the porous support, the nonporous And a first electrode layer disposed in the frame and supported internally by the fine porous support, an electrolyte layer disposed on the first electrode layer, and a second electrode layer disposed on the electrolyte layer.

US-A-20020048699는 SOFC에 관한 것이고, 이는 다공성 부분 및 상기 다공성 부분과 결합된 비다공성 부분을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강 기판; 상기 기판의 다공성 부분의 한 표면 하에 배치되고, 상기 다공성 부근에 상기 기판의 비다공성 부분에 밀봉되어 접촉된 페라이트계 스테인리스 강 양극성 플레이트; 상기 기판의 다공성 부분의 다른 표면 위에 배치된 제1 전극층; 상기 제1 전극층 위에 배치된 전해질층; 및 상기 전해질층 위에 배치된 제2 전극층을 포함한다.US-A-20020048699 relates to SOFC, comprising: a ferritic stainless steel substrate comprising a porous portion and a nonporous portion bonded to the porous portion; A ferritic stainless steel bipolar plate disposed under one surface of the porous portion of the substrate and sealed in contact with the nonporous portion of the substrate near the porosity; A first electrode layer disposed over the other surface of the porous portion of the substrate; An electrolyte layer disposed on the first electrode layer; And a second electrode layer disposed on the electrolyte layer.

WO 02/09116은 반복적으로 적층된 애노드, 전해질, 캐소드 및 인터커넥트 층 을 포함하고, 상기 인터커넥트 층은 상기 인터커넥트, 전해질과 분리되어 있고 애노드과 캐소드 성분에 결합된 복수개의 개스킷 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 타입의 고형 산화물 연료전지에 관하여 개시하고 있다. 인터커넥트, 전해질 및 개스킷 구성요소는 연료, 산화제 입구 및 배기 흐름 스트림을 위한 일체형 매니폴드(manifold)를 마련한다.WO 02/09116 comprises repeatedly stacked anode, electrolyte, cathode and interconnect layers, the interconnect layer comprising a plurality of gasket components separated from the interconnect, electrolyte and bonded to the anode and cathode components. A solid oxide fuel cell of the type is disclosed. The interconnect, electrolyte and gasket components provide an integral manifold for fuel, oxidant inlet and exhaust flow streams.

US-A-6,248,468은 연료 전지의 제조방법에 관하여 개시하고 있고, 상기 제조방법은 미리 소결된 니켈-지르코니아 연료 전극과, 이 전극 사이의 배치된 세라믹 전해질이 구비된 공기 전극(air electrode)을 제공하는 단계를 포함한다. 연료 전극은 활성 고형 산화물 연료 전지를 제조하기 위해 소결된다.US-A-6,248,468 discloses a method for manufacturing a fuel cell, which method provides an air electrode equipped with a pre-sintered nickel-zirconia fuel electrode and a ceramic electrolyte disposed between the electrodes. It includes a step. The fuel electrode is sintered to produce an active solid oxide fuel cell.

US-A-5,908,713은 소결 공정에 의해 SOFC의 전해질 상에 연료 전극을 형성하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 전해질을 슬러리 형태로 제공하고, 이후 건조하여 하층을 준비하는 단계를 포함한다. 이후 상층을 상기 하층에 형성하고 건조한다. 이후 상기 건조된 하층과 상층을 소결시켜 연료 전극을 형성한다.US-A-5,908,713 relates to a method of forming a fuel electrode on an electrolyte of an SOFC by a sintering process, the method comprising providing an electrolyte in the form of a slurry and then drying to prepare a lower layer. An upper layer is then formed in the lower layer and dried. Thereafter, the dried lower and upper layers are sintered to form a fuel electrode.

그러나, 지금까지 알려진 SOFC 스택의 구조와 제조 방법은 여러 단점을 가지고 있다.However, the structures and fabrication methods of SOFC stacks known to date have several disadvantages.

1. 상기 스택의 기계적 보전성은 밀봉 상태와 작동 중의 전기적 접촉을 유지하기 위해서 반영구적인 기계적 하중을 필요로 하기 때문에 이상적인 단일 평판형 스택은 제조될 수 없다.1. The ideal single plate stack cannot be manufactured because the stack's mechanical integrity requires semi-permanent mechanical loads to maintain sealed and electrical contact during operation.

2. 이러한 제조 방법들은 복잡하고 수많은 소결 단계 또는 비용이 많이 드는 화학 또는 물리적 증착 기술을 포함한다.2. These manufacturing methods include complex and numerous sintering steps or expensive chemical or physical deposition techniques.

3. 전극들을 소결하는 경우, 두 개의 단점이 있다:3. There are two disadvantages when sintering electrodes:

a. 요구되는 소결 온도로 인하여, 작동을 제한하는 경계면 반응들이 전극들과 전해질 및/또는 인터커넥트 사이에서 종종 관찰된다;a. Due to the required sintering temperature, interface reactions that limit operation are often observed between the electrodes and the electrolyte and / or interconnects;

b. 소결하는 동안, 과량의 과립 형성으로 인하여 전극 내부 및 전극/전해질 내부의 충분한 정교 미세구조를 유지하는 것이 불가능하다.b. During sintering, it is impossible to maintain sufficient fine microstructure inside the electrode and inside the electrode / electrolyte due to excessive granulation.

지금까지 선행기술로서 알려진 공정의 단점들의 관점에서 볼 때, 본 발명의 목적은 SOFC 단일 스택(SOFC monolithic stack), 및 비용 절감 효과를 가지면서 향상된 기계적 안정성과 높은 전기적 수행력을 가지는 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. 이와 같이 제조된 스택은 450-850℃의 범위의 온도에서 작동하기 위한 것이다. 상기 스택은 작동 온도가 더 높을 수 있는 일렉트로라이저(electrolyser)(고형 산화물 일렉트로라이저 전지, SOEC)로서 기능하는 경우, 가역적으로 작동할 수 있다. 또한, 상기 스택은 가스터빈 플랜트의 조건 특성과 같은 가압 조건 하에서도 작동할 수 있다.In view of the shortcomings of the processes so far known as prior art, an object of the present invention is to provide an SOFC monolithic stack, and a solid oxide fuel cell stack with improved mechanical stability and high electrical performance while having cost savings. It is for providing a manufacturing method of. The stack thus prepared is for operation at a temperature in the range of 450-850 ° C. The stack can operate reversibly when functioning as an electrolyser (Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC), which may have a higher operating temperature. The stack can also operate under pressurized conditions, such as the conditional characteristics of a gas turbine plant.

상기 목적은 하기 성분을 포함하는 가역 SOFC 단일 스택에 의해 달성될 수 있다:This object can be achieved by a reversible SOFC single stack comprising the following components:

1) 밀봉층에 결합된 전해질층(4)을 갖는 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제1 성분, 여기서 상기 하나 이상의 금속 함유 층은 전극을 수용하고;1) a first component comprising at least one porous metal containing layer (1) having an electrolyte layer (4) bonded to the sealing layer, wherein the at least one metal containing layer contains an electrode;

2) 밀봉층에 결합된 인터커넥트층(5)을 갖는 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제2 성분, 여기서 상기 하나 이상의 금속 함유 층은 전극을 수용한다.2) a second component comprising at least one porous metal containing layer 1 having an interconnect layer 5 bonded to the sealing layer, wherein the at least one metal containing layer contains an electrode.

상기 목적은 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택을 제조하기 위한 방법에 의해 달성될 수 있고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:The object can be achieved by a method for producing a single stack of reversible solid oxide fuel cells, the method comprising the following steps:

- 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제1 성분을 준비하는 단계;Preparing a first component comprising at least one porous metal containing layer (1);

- 상기 제1 성분의 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1) 상에 전해질층(4)을 형성하는 단계;Forming an electrolyte layer (4) on at least one porous metal containing layer (1) of said first component;

- 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제2 성분을 준비하는 단계;Preparing a second component comprising at least one porous metal containing layer (1);

- 상기 제2 성분의 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1) 상에 인터커넥트층(5)을 형성하는 단계;Forming an interconnect layer (5) on at least one porous metal containing layer (1) of said second component;

- 상기 제1 성분의 전해질층(4)을 상기 인터커넥트층(5)이 덮여 있는 상기 제2 성분의 표면과 반대편에 있는 제2 성분의 표면에 접촉시키는 것과 같은 선택적인 순서에 따라 두 개 이상의 상기 제1 성분들과 제2 성분들로 스택을 형성하는 단계;At least two of the above in an optional order such as contacting the electrolyte layer 4 of the first component with the surface of the second component opposite the surface of the second component covered with the interconnect layer 5. Forming a stack of first and second components;

- 상기 스택을 소결시키는 단계; 및Sintering the stack; And

- 상기 층들에 전극 재료를 주입하여 상기 제1 및 제2 성분의 다공성 금속 함유 층으로부터 애노드와 캐소드를 형성하는 단계.Injecting electrode material into the layers to form an anode and a cathode from the porous metal containing layer of the first and second components.

본 발명은 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택을 제조하기 위한 다른 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:The present invention provides another method for producing a single stack of reversible solid oxide fuel cells, the method comprising the following steps:

- 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하고, 상기 최소 하나 이상의 층은 전극층인 것을 특징으로 하는 제1 성분을 준비하는 단계;Preparing at least one first component, characterized in that it comprises at least one porous metal containing layer (1), said at least one layer being an electrode layer;

- 상기 전극층 상에 전해질층(4)을 형성하는 단계;Forming an electrolyte layer (4) on the electrode layer;

- 환원 조건 하에서 상기 제1 성분을 소결시키는 단계;Sintering said first component under reducing conditions;

- 상기 제1 성분의 상기 전해질층(4)의 상부에 밀봉층과 스페이서층 중 적어도 하나 및 전극층을 형성하는 단계, 여기서 상기 밀봉층은 상기 전해질층 위에 전해질층의 둘레를 따라 형성됨;Forming at least one of a sealing layer and a spacer layer and an electrode layer on top of the electrolyte layer 4 of the first component, wherein the sealing layer is formed along the perimeter of the electrolyte layer on the electrolyte layer;

- 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하고, 상기 하나 이상의 층은 전극층인 것을 특징으로 하는 제2 성분을 준비하는 단계;Preparing a second component, characterized in that it comprises at least one porous metal containing layer (1), said at least one layer being an electrode layer;

- 상기 다공성 금속 함유 층 상에 인터커넥트층(5)을 형성하는 단계;Forming an interconnect layer (5) on the porous metal containing layer;

- 환원 조건 하에서 상기 제2 성분을 소결시키는 단계;Sintering said second component under reducing conditions;

- 상기 제2 성분의 인터커넥트층(5)의 상부 상에 밀봉층 및/또는 스페이서층 및 접촉층을 형성하는 단계;Forming a sealing layer and / or a spacer layer and a contact layer on top of the interconnect layer (5) of the second component;

- 선택적이 순서에 따라 두 개 이상의 상기 제1 성분 및 제2 성분으로 스택을 형성하는 단계; 및-Optionally forming a stack with at least two of said first and second components in order; And

- 상기 스택을 밀봉/결합시키는 단계.Sealing / combining the stack.

본 발명은 또 다른 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택을 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:The present invention provides a method for producing another single stack of reversible solid oxide fuel cells, the method comprising the following steps:

- 전해질층(11) 및 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(12)을 포함하고, 여기서 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(12)은 전극층인 기초 성분을 준비하는 단계;Preparing an elementary component comprising an electrolyte layer 11 and at least one porous metal containing layer 12, wherein at least one porous metal containing layer 12 is an electrode layer;

- 튜브 내에 상기 기초 성분을 형성하는 단계;Forming the base component in a tube;

- 상기 기초 성분의 말단 상에 밀봉층을 형성하는 단계;Forming a sealing layer on the ends of the base component;

- 상기 튜브 형태의 성분을 소결시키는 단계;Sintering the components in the form of a tube;

- 상기 튜브 상에 인터커넥터를 용접하는 단계;Welding an interconnector on the tube;

- 상기 금속층에 전극 재료를 주입하여 상기 다공성 층으로부터 애노드 및/또는 캐소드를 형성하는 단계; 및Injecting an electrode material into said metal layer to form an anode and / or cathode from said porous layer; And

- 상기 튜브 형태의 성분들로 스택을 형성하는 단계.Forming a stack with the components in the form of a tube.

본 발명은 최종적으로 상기 방법들에 따라 제조할 수 있는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택을 제공한다.The present invention finally provides a single stack of reversible solid oxide fuel cells that can be prepared according to the above methods.

바람직한 구체예들은 종속항에 한정된다.Preferred embodiments are defined in the dependent claims.

하기에서 본 발명은 보다 상세히 설명될 것이다.In the following the invention will be explained in more detail.

제1 First 구체예Concrete example

본 발명의 제1 구체예는 외부 매니폴딩(manifolding)을 가진 판형 구조 SOFC 스택을 제조하기 위한 방법 및 상기 방법으로 제조될 수 있는 SOFC 단일 스택(SOFC monolithic stack)에 관한 것이다.A first embodiment of the present invention relates to a method for producing a plate-shaped SOFC stack with external manifolding and to a SOFC monolithic stack that can be produced by the method.

상기 스택은 두 개의 성분으로 구성된다. 제1 성분은 하나 이상의 금속 함유 층(1)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제1 성분은 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1 및 2)을 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 성분은 세 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1, 2 및 3)을 포함한다. 상기 성분은 분급화되고, 다공성인 구조를 갖는다. 이러한 분급화(grading)는 금속; 전해질-금속과 같은 혼합 성분, 다공률, 충전제 성분, 소결 과정에서 소진되는 튜브/섬유질의 첨가; 및 층 두께와 관련하여 변화될 수 있는 복수개의 층을 결합하여 형성된다. 층(1 및 2)의 두께는 약 20-70 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 약 30-40 ㎛ 범위를 가진다. 층(3)의 두께는 약 200-1000 ㎛의 범위, 바람직하게는 약 300-700 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 약 400-500 ㎛ 범위를 가진다.The stack consists of two components. The first component comprises at least one metal containing layer 1. Preferably, the first component comprises at least two porous metal containing layers 1 and 2, more preferably the component comprises at least three porous metal containing layers 1, 2 and 3. The component is classified and has a porous structure. Such grading is a metal; Addition of mixed components such as electrolyte-metal, porosity, filler components, and tubes / fibers exhausted during the sintering process; And a plurality of layers that can vary with respect to layer thickness. The thicknesses of layers 1 and 2 range from about 20-70 μm, more preferably from about 30-40 μm. The thickness of layer 3 has a range of about 200-1000 μm, preferably about 300-700 μm, more preferably about 400-500 μm.

도 1에서는, 세 개의 다공성 금속 함유 층(1, 2 및 3)을 포함하는 제1 성분을 도시하고 있다. 층(1)은 최소한의 다공률을 가지고 있다. 전해질 재료는 상기 전해질과의 결합을 향상시키기 위해서 상기 최소의 다공률을 가지는 층에 추가된다. 도 1의 성분은 높은 다공률을 가지는 층(3)에 연속되는, 전극층 하부의 중간 다공률을 가지는 층(2)을 더 포함한다.1 shows a first component comprising three porous metal containing layers 1, 2 and 3. Layer 1 has a minimum porosity. Electrolyte material is added to the layer with the minimum porosity to enhance bonding with the electrolyte. The component of FIG. 1 further comprises a layer 2 having a medium porosity below the electrode layer, which is continuous to the layer 3 having a high porosity.

층(1)의 다공률은 약 20-70%의 범위, 바람직하게는 약 30-60% 범위, 보다 바람직하게는 약 40-50% 범위이다. 평균 구멍 크기는 약 0.5-5 ㎛ 범위, 바람직하게는 0.5-3 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 약 1-2 ㎛ 범위이다. 만약 상기 제1 및/또는 제2 성분이 하나의 금속 함유 층 이상의 층을 포함한다면, 층(2)의 다공률은 약 30-70 ㎛ 범위이고, 그리고 층(3)의 다공률은 약 30-80 ㎛ 범위이다. 평균 구멍 크기는 각각 약 2-4 ㎛ 범위와 약 3-10 ㎛ 범위이다. 다공률 및 구멍 크기는 수은 침투법(mercury intrusion)(Hg-porosimetry)에 의해 측정된다.The porosity of layer 1 is in the range of about 20-70%, preferably in the range of about 30-60%, more preferably in the range of about 40-50%. The average pore size is in the range of about 0.5-5 μm, preferably in the range of 0.5-3 μm, more preferably in the range of about 1-2 μm. If the first and / or second component comprises more than one metal containing layer, the porosity of layer 2 is in the range of about 30-70 μm, and the porosity of layer 3 is about 30- 80 μm range. Average pore sizes range from about 2-4 μm and about 3-10 μm, respectively. Porosity and pore size are measured by mercury intrusion (Hg-porosimetry).

모든 층들은 테이프 캐스팅에 의해 제조될 수 있다. 테이프를 캐스팅하는 슬러리는 결합제, 계면 활성제, 용매, 다양한 유기 첨가제 및 다른 보조 성분들이 포함될 수 있는 분말 형태의 원료를 함유한다. 상기 성분들은 함께 볼밀링(ball-milled) 처리되고 이후 예를 들어, 닥터 블레이드 시스템(doctor blade system)을 사용하여 상기 각각의 층으로 타이프 캐스팅될 수 있다. 이후 상기 층은 도 2에 도시된 바와 같은 제1 성분을 형성하기 위해 함께 적층된다. 타이프 캐스팅에 사용되는 현탁액에 대한 바람직한 첨가제에는 폴리비닐 피롤리돈(PVP)와 같은 계면 활성제, 폴리비닐 부티랄(PVB)와 같은 결합제 및 에탄올과 메틸에틸케톤(EtOH + MEK)의 혼합물과 같은 용매가 있다.All layers can be produced by tape casting. The slurry for casting the tape contains raw materials in powder form that may include binders, surfactants, solvents, various organic additives and other auxiliary ingredients. The components can be ball-milled together and then type cast into each of the layers using, for example, a doctor blade system. The layers are then stacked together to form a first component as shown in FIG. 2. Preferred additives for suspensions used for type casting include surfactants such as polyvinyl pyrrolidone (PVP), binders such as polyvinyl butyral (PVB) and solvents such as mixtures of ethanol and methylethylketone (EtOH + MEK) There is.

다공성 금속 함유 층(1, 2, 3)에 사용되는 원료는 Ma는 Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, W, Co, La, Y 또는 Al인 Fe1 -x- yCrxMay 합금 및 또는 TiO2 또는 Cr2O3와 같은 NiO + 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 상기 층들은 또한 도핑한 세리아(doped ceria) 또는 도핑한 지르코니아(doped zirconia)를 함유할 수 있다. 적합한 도펀트(dopant)로는 Sc, Y, Ce, Ga, Sm, Gd, Ca 및/또는 임의의 Ln 성분 또는 이들의 혼합물이 있다. 지르코니아를 위한 바람직한 도펀트는 Sc 또는 Y이다. 세리아를 위한 바람직한 도펀트는 Gd이다. Ln은 란타니드(lanthanide)이다.The raw materials used for the porous metal containing layer (1, 2, 3) is Ma is Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, W, Co, La, Y or Al is Fe 1 -x- y Cr x Ma y alloys, Or NiO + metal oxides such as TiO 2 or Cr 2 O 3 . The layers may also contain doped ceria or doped zirconia. Suitable dopants include Sc, Y, Ce, Ga, Sm, Gd, Ca and / or any Ln component or mixtures thereof. Preferred dopants for zirconia are Sc or Y. The preferred dopant for ceria is Gd. Ln is lanthanide.

상기 금속 분말의 평균 과립 크기(d50)은 일반적으로 약 3-25 ㎛ 범위, 바람직하게는 약 7-15 ㎛ 범위이다. 상기 산화물 분말의 평균 과립 크기는 약 0.05 내지 5 ㎛의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.1-1 ㎛ 범위이다.The average granule size (d 50 ) of the metal powder is generally in the range of about 3-25 μm, preferably in the range of about 7-15 μm. The average granule size of the oxide powder is in the range of about 0.05 to 5 μm, more preferably in the range of about 0.1-1 μm.

적층 후, 전해질층(4)은 상기 제1 성분의 상부 상에 스프레이 분사된다. 이는 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 성분의 측면에 형성될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 성분이 각기 다른 다공률을 가지는 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1, 2)을 포함하는 경우, 상기 두 개 이상의 층 중 최소의 다공률을 가지는 층이 전해질층(4) 상에 형성된다.After lamination, the electrolyte layer 4 is spray sprayed on top of the first component. It may also be formed on the side of the first component, as shown in FIG. 2. In this case, when the first component includes two or more porous metal-containing layers 1 and 2 having different porosities, the layer having the smallest porosity among the two or more layers is an electrolyte layer ( 4) is formed on.

바람직하게는, 장벽층(barrier layer)(9)이 상부에 전해질이 분사되기 이전에 추가될 수 있다. 상기 장벽층(9)은 도핑된 세리아로부터 형성될 수 있다. 적합한 도펀트는 Sc, Y, Ce, Ga, Sm, Gd, Ca 및/또는 임의의 Ln 성분, 또는 이들의 혼합물이다. 바람직하게는, 상기 층은 약 0.1 내지 약 1 ㎛ 범위의 두께를 가진다. 상기 장벽층(9)은 상기 전해질과 전극 사이의 경계면 작용을 저지한다.Preferably, a barrier layer 9 may be added before the electrolyte is injected on top. The barrier layer 9 may be formed from doped ceria. Suitable dopants are Sc, Y, Ce, Ga, Sm, Gd, Ca and / or any Ln component, or mixtures thereof. Preferably, the layer has a thickness in the range of about 0.1 to about 1 μm. The barrier layer 9 inhibits the interface action between the electrolyte and the electrode.

상기 제2 성분은 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하고, 바람직하게는, 두 개 이상의 다공성 금속함유층(1 및 2)을 포함하고, 보다 바람직하게는 세 개 이상의 금속 함유 층(1, 2 및 3)을 포함한다. 상기 제2 성분의 층들은 상기에서 설명한 제1 성분의 층들과 대응된다. 인터커넥트층(5)은 상기 금속 함유 층의 상부에 형성된다. 만약 상기 제2 성분이 다른 다공률을 가지는 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1, 2)을 포함한다면, 상기 두 개 이상의 층 중에서 최고의 다공률을 가지는 층이 상기 인터커넥트층(5) 상에 형성된다. 이는 또는 도 2에 도시된 바와 같이 인터커넥트층의 측면에 형성될 수 있다. The second component comprises at least one porous metal containing layer (1), preferably at least two porous metal containing layers (1 and 2), more preferably at least three metal containing layers (1, 2 and 3). The layers of the second component correspond to the layers of the first component described above. An interconnect layer 5 is formed on top of the metal containing layer. If the second component comprises two or more porous metal containing layers (1, 2) having different porosities, the one having the highest porosity among the two or more layers is formed on the interconnect layer (5). . It can also be formed on the side of the interconnect layer as shown in FIG.

도 3은 전해질층(4) 및 인터커넥트층(5)이 각각 형성된 제1 및 제2 성분을 예시한다.3 illustrates first and second components on which an electrolyte layer 4 and an interconnect layer 5 are formed, respectively.

선택적인 제조과정은 상기 언급한 층에 Fe22Cr 포일(foil)과 같은, 고밀도 포일을 형성하는 과정을 포함한다. 이러한 경우에, 상기 고밀도 포일은 상기 층(3)의 측면 상에 형성되고 현탁액은 상기 기초 성분의 가장자리 상에 스프레이 분사된다. Fe22Cr은 약 22 중량%의 Cr과 균형에 맞게 선택적으로 소량의 첨가제, 및 Fe을 포함한다.An optional manufacturing process involves forming a high density foil, such as Fe 22 Cr foil, in the above mentioned layers. In this case, the high density foil is formed on the side of the layer 3 and the suspension is spray sprayed on the edge of the base component. Fe22Cr optionally contains a small amount of additives, and Fe, in balance with about 22% Cr by weight.

또한, 일부 경우에 있어서, 소결 과정에서 수축률 프로파일을 제어하고 매치시키기 위해서 하나 또는 그 이상의 상기 층에 소결 촉진제/억제제를 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, in some cases, it is desirable to add sintering accelerators / inhibitors to one or more of these layers to control and match the shrinkage profile during the sintering process.

상기 테이프는 이후 예를 들어, 칼 또는 레이저 커팅기를 사용하여 적합한 길이로 절단된다. 상기 제1 성분과 제2 성분은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 성분의 전해질층이 상기 인터커넥트층(5)으로 덮여있는 제2 성분의 표면과 반대편에 있는 상기 제2 성분의 표면과 접촉되는 것과 같은 선택적인 방식으로 스택을 형성한다. 만약 상기 제1 및 제2 성분이 상기에서 설명된 바와 같이, 상기 성분의 상부와 측면들이 전해질/인터커넥트층으로 덮여진다면, 이후 적합한 길이로 절단되고, 단지 제1 및 제2 성분의 두 개의 반대 측면이 상기 전해질/인터커넥트층으로 덮여진다. 이러한 경우에 있어서, 제1 및 제2 성분들은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 성분이 90°로 회전되어 스택을 형성한다. 바람직하게는, 상기 스택은 가열 압축된다.The tape is then cut to a suitable length using, for example, a knife or a laser cutter. The first component and the second component, as shown in Figure 4, and the surface of the second component opposite the surface of the second component covered with the interconnect layer 5, the electrolyte layer of the first component; Form the stack in an optional manner such as to be in contact. If the first and second components are described above, if the top and sides of the component are covered with an electrolyte / interconnect layer then they are cut into suitable lengths, and only two opposite sides of the first and second components This is covered with the electrolyte / interconnect layer. In this case, the first and second components are rotated by 90 ° to form a stack, as shown in FIG. 5. Preferably, the stack is heat compressed.

이와 같이 형성된 스택은 약 900℃ 내지 약 1500℃의 범위와 같은 바람직한 온도에서 환원 조건 하에서 소결된다. 판형 구조를 위한 상기 소결 과정은 50-250 g/cm2의 스택 상에의 연직 하중을 포함한다. 상기 스택은 유동 공기 하에 약 20-50 ℃/h 내지 약 500 C°C로 증가시키면서 가열된다. 1-10 시간의 체재 시간(dwell time) 후, 가열로를 비우고 H2를 유입시킨다. 2-10 시간의 체재 시간 후, 가열로는 소결 온도까지 약 50-100 ℃/h의 범위로 온도를 증가시켜 가열시키고 실온으로 냉각시키기 이전에 1-10 시간 동안 유지시킨다. 이러한 경우에 있어서 하나 이상의 소결 온도가 적용될 수 있다. 예를 들어, 1100 ℃에서 두 시간 이후에 1250 ℃에서 4 시간이 연속된다.The stack thus formed is sintered under reducing conditions at a desired temperature, such as in the range of about 900 ° C to about 1500 ° C. The sintering process for the plate-like structure includes a vertical load on the stack of 50-250 g / cm 2 . The stack is heated with increasing air from about 20-50 ° C./h to about 500 ° C. After a dwell time of 1-10 hours, the furnace is emptied and H 2 is introduced. After a stay time of 2-10 hours, the furnace is heated to a sintering temperature by increasing the temperature in the range of about 50-100 ° C./h and held for 1-10 hours before cooling to room temperature. In this case more than one sintering temperature may be applied. For example, two hours at 1100 ° C followed by four hours at 1250 ° C.

상기 스택을 소결시킨 후, 상기 전극들이 주입된다. 캐소드를 주입하는 경우, 캐소드 가스 분배 채널(cathode gas distribution channel)이 사용된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 성분들이 하나 이상의 층을 포함하는 경우, 분급된 다공률로 인하여, 모세관 현상은 캐소드 재료에서 가장 조밀한 층, 캐소드층으로 이동될 것이다. 이러한 주입은 1회 이상 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 질산염이 출발 물질로 사용되는 것이 바람직하고, 이러한 경우에 있어서, 산화물의 부피는 질산염의 부피보다 작기 때문에 다음 주입과정을 위해 더 많은 공간을 제공하는 중간 가열 과정이 상기 질산염의 분해를 위해 적용될 것이다.After sintering the stack, the electrodes are implanted. In the case of injecting the cathode, a cathode gas distribution channel is used. In this case, if the components comprise more than one layer, due to the classified porosity, the capillary phenomenon will migrate from the cathode material to the most dense layer, the cathode layer. Such injection is preferably done one or more times. It is also preferred that nitrate be used as starting material, in which case an intermediate heating process will be applied for the decomposition of the nitrate, which provides more space for the next injection process since the volume of the oxide is smaller than that of nitrate. .

주입 과정을 통해 캐소드를 형성하기 위한 적합한 재료로는 LSM (La1 -xSrx)MnO3-δ), (Ln1 - xSrx)MnO3 , (Ln1 - xSrx)Fe1 - yCoyO3 , (Y1 - xCax)Fe1 - yCoyO3 , (Gd1 -xSrx)Fe1-yCoyO3-δ, (Gd1 - xCax)Fe1 - yCoyO3 , (Y,Ca)Fe1 - yCoyO3 , 도핑된 세리아 및 도핑된 지르코니아 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함한다. Ln은 란타니드이다.Suitable materials for forming the cathode through the implantation process are LSM (La 1 -x Sr x ) MnO 3-δ ), (Ln 1 - x Sr x ) MnO 3 , (Ln 1 - x Sr x ) Fe 1 - y Co y O 3 , (Y 1 - x Ca x ) Fe 1 - y Co y O 3 , (Gd 1 -x Sr x ) Fe 1-y Co y O 3-δ , (Gd 1 - x Ca x) Fe 1 - y Co y O 3 -δ, (y, Ca) Fe 1 - y Co y O 3 -δ, doped ceria, and doped zirconia, or a material selected from the group consisting of a mixture thereof It includes. Ln is lanthanide.

상기 화학식에서 δ은 격자 내에서 산소의 결손을 나타내는 숫자이고, 조성과 실제 산소 부분 분압(pO2가 감소에 따라 δ는 증가할 것임)에 따라 달라진다. 상기 숫자는 일반적으로 0과 약 0.3 사이이다.In the above formula, δ is a number representing the deficiency of oxygen in the lattice, and depends on the composition and the actual partial pressure of oxygen (δ will increase as pO 2 decreases). The number is generally between 0 and about 0.3.

캐소드 주입에 대해 설명한 바와 같이, 애노드도 이에 따라 주입된다. 주입 과정을 통해 애노드를 형성하기에 적합한 재료는 Ni, Ni-Fe 합금, 도핑된 세리아 및 도핑된 지르코니아 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함한다. 도펀트는 초기에 언급한 것과 동일한 것이다. 선택적으로 Ma는 Ba, Sr, Ca이고, Mb는 V, Nb, Ta, Mo, W, Th, U이고, 0≤s≤0.5인 MasTi1 - xMbxO3 ; 또는 M은 T,V, Mn, Nb, Mo, W, Th, U인 LnCr1 - xMxO3 를 애노드 재료로 사용할 수 있다.As described for cathode injection, the anode is also injected accordingly. Suitable materials for forming the anode through the implantation process include materials selected from the group consisting of Ni, Ni-Fe alloys, doped ceria and doped zirconia or mixtures thereof. Dopants are the same as mentioned earlier. Alternatively Ma is Ba, Sr, Ca, Mb is V, Nb, Ta, Mo, W, Th, U, and Ma s Ti 1 - x Mb x O 3 -δ with 0 ≦ s ≦ 0.5; Or M, T, V, Mn, Nb, Mo, W, Th, U can be used as the anode material LnCr 1 - x M x O 3 .

상기에서 설명한 바와 같이, 각각의 층을 테이프 캐스팅하고 연속적으로 이들을 적층시키는 대신에, 제1 층을 테이프 캐스팅할 수 있고 이후 건조된 추가적인 층이 상기 제1 층의 상부에 테이프 캐스팅될 수 있다. 선택적으로, 각각의 층들은 상기 층들을 적층시킨 후, 페이스트(paste)로부터 롤링될 수 있다. 다른 선택적인 순서로, 적층이 이루어진 후, 분말 압축법이 각각의 층을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 상기 적층된 층을 소결하기 이전에 가열 압축(hot pressed)하는 것이 바람직하다.As described above, instead of tape casting each layer and laminating them successively, the first layer may be tape cast and then the dried further layer may be tape cast on top of the first layer. Optionally, each of the layers can be rolled out of a paste after laminating the layers. In another optional order, after lamination has been made, powder compaction can be applied to form each layer. It is preferred to hot press the sintered layer before sintering it.

상기 전해질/인터커넥트층들은 상기에서 설명한 바와 같이 스프레이 분사법에 의해 형성될 수 있다. 선택적으로, 스크린-프린팅; 정압 프레싱(isostatic pressing)에 연속되는 전기영동 증착법(electrophoretic deposition)(EPD); 또는 펄스 레이저 증착법(pulsed laser deposition)(PLD)이 사용될 수 있다.The electrolyte / interconnect layers may be formed by spray injection as described above. Optionally, screen-printing; Electrophoretic deposition (EPD) followed by isostatic pressing; Alternatively, pulsed laser deposition (PLD) can be used.

최종적으로, 외부 매니폴딩이 상기 스택의 측면에 형성된다.Finally, an external manifold is formed on the side of the stack.

본 발명에 따른 상기 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택은 대기압 하에서 작동하기에 적합할 뿐만 아니라 가스 터빈 플랜트의 특정 압력 조건과 같은 증가된 압력 조건 하에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 터빈이 본 발명의 SOFC 스택과 결합되는 경우, 60% 이상의 매우 높은 전기적 효율을 달성할 수 있다. 상기 SOFC 스택에 의해 형성된 일부 열은 시너지 효과를 발생시킬 수 있도록 가스 터빈에서 전기를 발생시키는데 사용될 수 있다.The single stack of reversible solid oxide fuel cells according to the invention is not only suitable for operating under atmospheric pressure but also can be used under increased pressure conditions, such as the specific pressure conditions of a gas turbine plant. For example, when a gas turbine is combined with the SOFC stack of the present invention, very high electrical efficiency of 60% or more can be achieved. Some heat generated by the SOFC stack can be used to generate electricity in the gas turbine to generate synergistic effects.

또한, 완전한 단일 구조로 인하여, 본 발명의 SOFC 스택은 애노드와 캐소드의 측면 압력의 차이를 허용하고, 제어하기 용이하고, 그리고 종래의 구조에 비해 플랜트 건설을 보다 간단히 안정적이게 하고 비용을 절감시킨다.In addition, because of the complete monolithic structure, the SOFC stack of the present invention allows for differences in the lateral pressures of the anode and cathode, is easy to control, and makes plant construction simpler and less costly than conventional structures.

특히, 상기 인터커넥트 층과 다공성 기판층은 단일 구조의 우수한 안정성을 제공하는 토대를 이룬다.In particular, the interconnect layer and the porous substrate layer form the basis for providing excellent stability of a single structure.

바람직하게는, 상기 SOFC 스택은 약 15 bar, 보다 바람직하게는 10 bar까지 증가된 압력 하에서 사용될 수 있다. 본 발명에서 증가된 압력이라 함은 약 25℃에서 대기압보다 더 높은 것으로 이해될 수 있다.Preferably, the SOFC stack can be used under increased pressure up to about 15 bar, more preferably 10 bar. Increased pressure in the present invention can be understood to be higher than atmospheric pressure at about 25 ℃.

증가된 압력 조건 하에서의 작동은 전지의 기전력(EMF)과 정격 출력이 증가된 압력과 함께 증가될 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 캐소드 측면 상에서의 압력의 증가는 음극 양극화 손실을 감소시키고, 또한 전력의 증가를 가져오고, 그리하여 전체적으로 효율을 향상시킨다.Operation under increased pressure conditions has the advantage that the electromotive force (EMF) and rated power of the cell can be increased with increased pressure. In addition, an increase in pressure on the cathode side reduces cathode polarization loss and also leads to an increase in power, thus improving overall efficiency.

제2 2nd 구체예Concrete example

본 발명의 제2 구체예는 내부 매니폴딩을 가진 판형 구조 SOFC 스택의 제조방법 및 상기 방법으로 제조되는 SOFC 스택에 관한 것이다.A second embodiment of the present invention relates to a method for producing a plate-shaped structure SOFC stack with internal manifolding and to an SOFC stack produced by the method.

이러한 경우에 있어서, 제2 구체예의 제1 성분의 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)은 제1 구체예에서 설명한 것과 일치한다. 첫 번째 과정에서, 가스 분배 구멍은 도 5에 도시된 바와 같이 반대 측면으로 타공된다. 상기 구멍의 직경은 일반적으로 약 5-7 mm 범위이나, 1-10 mm의 범위 내에서 변화될 수 있다. 이후, 전해질층(4)은 내부에 가스 분해 구멍을 가진 상기 금속 함유 층의 상부에 증착된다. 이로 인하여, 상기 타공된 가스 분배 구멍과 상기 성분의 네 개의 측면은 도 6에 도시된 바와 같이 밀봉된다.In this case, the at least one porous metal containing layer 1 of the first component of the second embodiment is identical to that described in the first embodiment. In the first process, the gas distribution holes are perforated on opposite sides as shown in FIG. 5. The diameter of the hole is generally in the range of about 5-7 mm, but can vary within the range of 1-10 mm. Thereafter, an electrolyte layer 4 is deposited on top of the metal containing layer having gas decomposition holes therein. Due to this, the perforated gas distribution holes and the four sides of the component are sealed as shown in FIG. 6.

따라서, 밀봉층(6)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전해질층(4) 상에 증착된다. 상기 밀봉층(6)은 약 20 ㎛의 바람직한 두께를 가진 얇은 층이고, 상기 제1 구체예에서 설명한 바와 같이 인터커넥트 재료(들)를 포함한다. 이러한 과정은 스프레이 분사법 또는 스크린-프린팅법에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 변형될 수 있는 세라믹 및/또는 유리 밀봉제에 기초한 밀봉법이 사용될 수 있다.Thus, the sealing layer 6 is deposited on the electrolyte layer 4, as shown in FIG. The sealing layer 6 is a thin layer with a preferred thickness of about 20 μm and comprises interconnect material (s) as described in the first embodiment above. This process can be performed by spray spraying or screen-printing. Alternatively, a sealing method based on ceramic and / or glass sealant that can be modified can be used.

이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 성분의 두 개의 잔여 측면에 구멍이 타공된다. 초기에 형성된 가스 분배 구멍은 전해질층(4)으로 밀봉된 반면, 이러한 구멍은 가장자리에서 밀봉되지 않은 채로 둔다. 전해질의 하부의 전극층으로의 가스 분배는 상기 밀봉되지 않은 구멍을 통해 이루어진다.Then, as shown in FIG. 8, holes are drilled in the two remaining sides of the first component. The initially formed gas distribution holes are sealed with the electrolyte layer 4, while these holes are left unsealed at the edges. Gas distribution to the electrode layer at the bottom of the electrolyte takes place through the unsealed hole.

제2 구체예의 제2 성분은 전해질층(4) 대신에 인터커넥트층(5)을 적용하는 차이점 외에 제2 구체예의 제1 성분에 대해 상기에서 설명한 바와 같이 제조된다. 상기 인터커넥트층은 상기 성분의 최고의 다공성을 가지는 부분 상에 형성된다. 이는 도 10-13에 도시되어 있다.The second component of the second embodiment is prepared as described above for the first component of the second embodiment in addition to the difference of applying the interconnect layer 5 instead of the electrolyte layer 4. The interconnect layer is formed on the portion with the highest porosity of the component. This is illustrated in Figures 10-13.

이후, 상기 제1 및 제2 성분으로 도 9에 도시된 바와 같이 90°회전한 제2 성분과 함께 선택적인 순서에 따라 스택을 형성하고, 가열 압축시키는 것이 바람직하다. 도 9에서, 상기 층의 두께는 정확한 상대적 크기로 도시되지 않았다. 대신, 밀봉층은 상기 스택과 비교할 때 매우 얇기 때문에 상기 인터커넥트 성분의 전극층은 상기 전해질 성분으로부터의 전해질과 넓은 부위에서 접촉하게 된다. 이와 유사하게, 전해질 성분의 집전/가스 분배 층은 인터커넥트 성분과 접촉하게 된다.The first and second components are then preferably stacked and heat-compressed in an optional order with the second component rotated 90 ° as shown in FIG. 9. In Figure 9, the thickness of the layer is not shown to the exact relative size. Instead, the sealing layer is very thin as compared to the stack, so that the electrode layer of the interconnect component is in contact with the electrolyte from the electrolyte component in a wide area. Similarly, the current collector / gas distribution layer of the electrolyte component is brought into contact with the interconnect component.

교차 흐름 구조(cross flow design)에 대한 유동 분배가 도 15에 도시되어 있다.Flow distribution for the cross flow design is shown in FIG. 15.

상기에서 설명한 공정은 교차 흐름 구조를 형성한다. 평행 흐름 또는 대향 흐름 구조(co- 또는 counter-flow configuration)가 바람직한 경우, 이는 동일한 반대 측면 상에 배치 변경된 가스 분배 구멍을 타공하여 이루어질 수 있다. 이는 제1 성분에 대해 도 16-19 상에 도시되어 있다. 제2 성분은 이에 따라 제조된다. 평행 흐름 또는 대향 흐름의 장점은 전지가 사각형일 필요가 없다는 것이다.The process described above forms a cross flow structure. If a parallel flow or counter-flow configuration is desired, this can be done by perforating the gas distribution apertures arranged on the same opposite side. This is shown on FIGS. 16-19 for the first component. The second component is thus prepared. The advantage of parallel flow or opposite flow is that the cell does not have to be square.

상기 스택을 형성한 후, 상기 스택의 네 개의 외부 측면은 세라믹 또는 유리층을 적용하여 추가적으로 밀봉될 수 있다.After forming the stack, the four outer sides of the stack can be additionally sealed by applying a ceramic or glass layer.

이후, 상기 스택은 소결된다. 소결 후 전극들이 상기 제1 구체예에서 설명한 바와 같이 주입된다.The stack is then sintered. After sintering the electrodes are implanted as described in the first embodiment above.

제3 The third 구체예Concrete example

본 구체예에서는 공정 초기에 애노드과 캐소드를 (부분적) 형성하여 주입 과정에 대한 필요성이 줄어든다. 따라서, 제3 구체예의 제1 성분은 전극층 내에 애노드 재료를 함유한다. 상기 제1 성분은 밀봉층(6) 및/또는 접촉층(8) 및 캐소드층이 증착된 후, 환원 조건 하에서 소결된다. 캐소드층은 약 30 ㎛ 두께인 것이 바람직하다.In this embodiment, the anode and cathode are (partly) formed early in the process, thus reducing the need for an implantation process. Thus, the first component of the third embodiment contains an anode material in the electrode layer. The first component is sintered under reducing conditions after the sealing layer 6 and / or the contact layer 8 and the cathode layer are deposited. The cathode layer is preferably about 30 μm thick.

제3 구체예의 제2 성분은 전극층을 포함하지 않는다. 소결 후, 밀봉층(6)과 접촉층(8)이 증착된다.The second component of the third embodiment does not include an electrode layer. After sintering, the sealing layer 6 and the contact layer 8 are deposited.

상기 스택은 제1 및 제2 성분을 선택적인 순서로 조합하여 형성되고, 그리고 약 600 ℃ 내지 약 900 ℃의 범위, 바람직하게는 약 650℃ 내지 약 850℃의 범위의 낮은 온도에서 이들을 밀봉/결합시킨다.The stack is formed by combining the first and second components in an optional order and seals / bonds them at low temperatures in the range of about 600 ° C. to about 900 ° C., preferably in the range of about 650 ° C. to about 850 ° C. Let's do it.

제3 구체예에서, 전극 주입에 대한 필요성은 상당히 줄어든다. 그러나, 촉매는 필요한 경우 애노드 및/또는 캐소드 상에 주입될 수 있다. 주입하기에 적합한 재료는 제1 및 제2 구체예에서 나열한 것과 동일한 것이다.In a third embodiment, the need for electrode implantation is significantly reduced. However, the catalyst can be injected onto the anode and / or cathode if necessary. Suitable materials for injection are the same as listed in the first and second embodiments.

제4 Fourth 구체예Concrete example

제 4 구체예는 관형 구조 SOFC 스택 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.A fourth embodiment relates to a tubular structure SOFC stack and a method for manufacturing the same.

이러한 경우에 있어서, 상기 가역 고형 산화물 연료전지 스택을 제조하기 위한 방법은 하기의 단계를 포함한다:In this case, the method for producing the reversible solid oxide fuel cell stack includes the following steps:

- 전해질층(11) 및 전극층인 하나 이상의 금속 함유 층(1)을 포함하는 기초 성분을 준비하는 단계;Preparing a basic component comprising an electrolyte layer 11 and at least one metal containing layer 1 which is an electrode layer;

- 튜브 내에 기초 성분을 형성하는 단계;Forming a base component in the tube;

- 밀봉층을 상기 기초 성분의 말단에 형성하는 단계;Forming a sealing layer at the end of the base component;

- 상기 튜브 상에 있는 튜브 형태의 성분을 소결시키는 단계;Sintering the components in the form of a tube on the tube;

- 상기 튜브 상에 인터커넥터를 용접하는 단계;Welding an interconnector on the tube;

- 전극 재료를 가진 금속층을 주입하여 상기 다공성 층들로부터 애노드 및/또는 캐소드를 형성하는 단계; 및Injecting a metal layer with electrode material to form an anode and / or cathode from the porous layers; And

- 상기 튜브 형태의 성분으로 스택을 형성하는 단계.Forming a stack with said tubular component.

상기 소결은 약 900℃ 내지 약 1500 ℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다.The sintering is preferably performed at a temperature of about 900 ℃ to about 1500 ℃.

또한, 상기 제조방법은 소결 과정 후에 주입 과정을 통해 튜브 형태의 성분의 내부 측면 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 외부 측면은 전극층이 형성되도록 주입될 수 있다.In addition, the manufacturing method includes a step of forming an electrode layer on the inner side of the tube-like component through the injection process after the sintering process. In addition, the outer side may be implanted to form an electrode layer.

바람직한 구체예에 있어서, 상기 튜브 형태의 성분은 하나 이상의 전해질층(11)과 다공성 금속함유 전극층(12)을 포함하는 절단되지 않은 라미네이트(laminate)를 롤링하고, 그리고 접합점에서 튜브를 밀봉하여 제조될 수 있다. 도 22는 적층과 롤링에 의해 형성된 튜브를 예시하고 있다. 외부 전극은 롤링과 밀봉 후 튜브 형태의 성분 상에 증착될 수 있다. 선택적으로, 외부 전극은 롤링과 밀봉 전에 라미네이트에 증착될 수 있다. 도 26은 스택 구조를 예시하고 있다.In a preferred embodiment, the tubular component is prepared by rolling an uncut laminate comprising at least one electrolyte layer 11 and a porous metal-containing electrode layer 12 and sealing the tube at the junction. Can be. 22 illustrates a tube formed by lamination and rolling. The external electrode can be deposited on the tubular component after rolling and sealing. Optionally, external electrodes can be deposited on the laminate prior to rolling and sealing. 26 illustrates a stack structure.

특정 구체예와 관련하여 상세하게 설명된 본 발명의 방법에 따라, 단일 스택은 다양한 다공률을 가지는 하나 또는 그 이상의 금속 함유 층으로 이루어진 기초 성분들로 형성된다. 전해질 또는 인터커넥트층을 가진 상기 기초 성분은 함께 소진되어 단일 스택을 형성한다; 상기 단계를 거친 후, 전극들은 주입 과정을 통해 첨가된다.According to the method of the present invention described in detail in connection with certain embodiments, a single stack is formed of basic components consisting of one or more metal containing layers having various porosities. The base components with electrolyte or interconnect layers are exhausted together to form a single stack; After this step, the electrodes are added through an implantation process.

일부 구체예들은 사각 형상과 관련되어 설명되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 상기 스택의 바람직한 목적에 따라, 예를 들어, 원형과 같은 다른 형태들 또한 적용될 수 있다.Some embodiments have been described with reference to rectangular shapes, but the invention is not so limited. Depending on the preferred purpose of the stack, other forms may also be applied, for example circular.

요약하자면, 상기 바람직한 구체예에서 설명한 본 발명의 제조 방법은 수많은 장점을 가진다:In summary, the process of the invention described in the above preferred embodiments has numerous advantages:

1. 제조 방법이 간단하고; 밀봉된 단일 스택은 소결 과정만을 사용하여 제조된다;1. The manufacturing method is simple; Sealed single stacks are made using only the sintering process;

2. 제조된 스택은 최소의 유리 밀봉 또는 유리 밀봉을 포함하지 않고 대부분 기계적 강도를 높일 수 있는 금속으로 구성된다;2. The stack produced consists mostly of metal which can increase mechanical strength without including minimal glass sealing or glass sealing;

3. 상기 스택은 단일 성분으로 '사용 준비 상태'로 제공될 수 있다;3. The stack may be provided 'ready to use' as a single component;

4. 전극과 전해질 사이 또는 인터커넥트와 전극 사이의 경계면 작용은 다공성 구조/스택의 소결 과정 후 주입법에 의해 저지 또는 제한된다. 이는 넓은 표면적과 높은 수행력을 지닌 전극을 형성하게 한다;4. The interface action between the electrode and the electrolyte or between the interconnect and the electrode is impeded or limited by the injection method after the sintering process of the porous structure / stack. This allows the formation of electrodes with a large surface area and high performance;

5. 상기 공정은 매우 탄력적이다;5. The process is very flexible;

6. 높은 금속 함유량은 상기 스택의 전체 가격을 저하시킨다;6. High metal content lowers the overall price of the stack;

7. 높은 금속 함유량은 상기 스택을 통한 전류 경로를 높은 전도도를 가지는 금속을 통해 이루어지게 한다. 이는 전류 경로가 길어지더라도 다양한 관형 전지와 같은 비평면 구조를 유용하게 만들 수 있다;7. The high metal content allows the current path through the stack to be through a metal with high conductivity. This can make nonplanar structures such as various tubular cells useful even with longer current paths;

8. 제조된 가역 고체 산화물 연료전지 단일 스택은 가스 터빈 플랜트와 같은 가압 조건 하에서 사용될 수 있다. 이와 같이, 결합 순환 플랜트(combined cycle plant)는 높은 전기 효율을 달성할 수 있고, 또한 상기 플랜트는 단순화될 수 있다.8. The single stack of reversible solid oxide fuel cells produced can be used under pressurized conditions such as gas turbine plants. As such, a combined cycle plant can achieve high electrical efficiency, and the plant can also be simplified.

하기에서, 본 발명은 상세한 실시예를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In the following, the invention will be explained with reference to the detailed examples. However, the present invention is not limited thereto.

제1도는 세 개의 금속 함유 층(1, 2 및 3)을 가지는 본 발명에 따른 제1 성분을 도시한다.1 shows a first component according to the invention with three metal containing layers 1, 2 and 3.

제2도는 전해질/인터커넥트 층(4, 5)을 형성하기 이전의 본 발명에 따른 제1/2 성분을 나타내는 도면이다. 화살표는 제1 성분으로 덮여지는 표면을 나타낸다.FIG. 2 shows a first half component according to the invention prior to forming the electrolyte / interconnect layers 4, 5. The arrow indicates the surface covered with the first component.

제3도는 형성된 전해질/인터커넥트층(4, 5)를 가진 본 발명에 따른 제1 및 제2 성분을 예시한다.3 illustrates the first and second components according to the invention with the electrolyte / interconnect layers 4, 5 formed.

제4도는 제1 및 제2 성분이 반복된 본 발명에 따른 스택의 구조를 예시한다.4 illustrates the structure of a stack according to the invention in which the first and second components are repeated.

제5도는 교차 흐름 구조(cross flow design)를 위한 내부 가스 분배 구멍이 형성된 이후의 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.5 illustrates the first component according to the invention after the internal gas distribution aperture for the cross flow design is formed.

제6도는 교차 흐름 구조를 위해 전해질층(4)이 형성된 이후의 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다. 6 illustrates the first component according to the invention comprising an internal gas distribution hole after the electrolyte layer 4 is formed for the cross flow structure.

제7도는 교차 흐름 구조를 위해 제 1 성분 상에 밀봉층(6)이 형성된 이후의 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.7 illustrates a first component according to the invention comprising an internal gas distribution hole after the sealing layer 6 is formed on the first component for the cross flow structure.

제8도는 교차 흐름 구조를 위해 추가적인 가스 분배 구멍이 형성된 이후의 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.8 illustrates the first component according to the invention after additional gas distribution holes have been formed for the cross flow structure.

제9도는 교차 흐름 구조를 위해 내부 가스 분배 구멍 및 스페이서/밀봉층(6)을 포함하는 제1 및 제2 성분이 반복된 본 발명에 따른 스택의 구조를 예시한다.9 illustrates the structure of a stack according to the invention in which the first and second components are repeated, including an internal gas distribution hole and a spacer / sealing layer 6 for a cross flow structure.

제10도는 교차 흐름 구조를 위해 내부 가스 분배 구멍이 형성된 이후의 본 발명에 따른 제2 성분을 예시한다.10 illustrates the second component according to the present invention after the internal gas distribution holes have been formed for the cross flow structure.

제11도는 교차 흐름 구조를 위해 제2 성분 상에 인터커넥트층(5)이 형성된 이후의 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 본 발명에 따른 제2 성분을 예시한다.Figure 11 illustrates a second component according to the invention comprising an internal gas distribution hole after the interconnect layer 5 is formed on the second component for the cross flow structure.

제12도는 교차 흐름 구조를 위해 밀봉층(6)이 형성된 이후의 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 본 발명에 따른 제1 구체예를 예시한다.Figure 12 illustrates a first embodiment according to the invention comprising an internal gas distribution hole after the sealing layer 6 is formed for the cross flow structure.

제13도는 교차 흐름 구조를 위해 추가적인 가스 분배 구멍이 형성된 이후의 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.13 illustrates the first component according to the invention after additional gas distribution holes have been formed for the cross flow structure.

제14도는 교차 흐름 구조를 위해 밀봉층이 없이 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 제1 및 제2 성분이 반복된 본 발명에 따른 스택의 구조를 예시한다.14 illustrates the structure of a stack according to the invention wherein the first and second components are repeated, including an internal gas distribution hole without a sealing layer for the cross flow structure.

제15도는 내부 매니폴드가 형성된 교차 흐름 구조를 위한 가스 유동 패턴을 예시한다.15 illustrates a gas flow pattern for a cross flow structure in which an internal manifold is formed.

제16도는 평행/대향 흐름 구조(co/counter flow design)를 위한 내부 가스 분배 구멍이 형성된 이후의 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.Figure 16 illustrates the first component according to the invention after the internal gas distribution holes for the co / counter flow design have been formed.

제17도는 평행/대향 흐름 구조를 위해 전해질층이 형성된 이후의 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.Figure 17 illustrates a first component according to the present invention comprising an internal gas distribution hole after the electrolyte layer is formed for the parallel / counter flow structure.

제18도는 평행/대향 흐름 구조를 위해 밀봉층(6)이 형성된 이후의 내부 가스 분배 구멍을 포함하는 본 발명에 따른 제1 구체예를 예시한다.18 illustrates a first embodiment according to the invention comprising an internal gas distribution hole after the sealing layer 6 has been formed for parallel / opposite flow structures.

제19도는 평행/대향 흐름 구조를 위한 추가적인 가스 분배 구멍이 형성된 이후의 본 발명에 따른 제1 성분을 예시한다.19 illustrates the first component according to the invention after additional gas distribution holes for the parallel / counterflow flow structure have been formed.

제20도는 교차 흐름 구조를 위해 내부 가스 분배 구멍 및 스페이서/밀봉층을 포함하는 제1 및 제2 성분이 반복된 본 발명에 따른 스택의 구조를 예시한다.FIG. 20 illustrates the structure of a stack according to the present invention in which the first and second components are repeated, including an internal gas distribution hole and a spacer / sealing layer for the cross flow structure.

제21도는 두 개의 다공성 금속 함유 층(12, 13)과 하나의 금속을 함유하지 않는 고밀도 전해질층(11)을 포함하는 본 발명에 따른 기초 성분을 예시한다. 선택적으로 상기 기초 성분은 다공성 금속 함유 층(14)이 상기 전해질층(11)의 상부에 형성된 층을 포함할 수 있다.Figure 21 illustrates a basic component according to the invention comprising two porous metal containing layers 12, 13 and a high density electrolyte layer 11 free of one metal. Optionally, the base component may include a layer having a porous metal containing layer 14 formed on top of the electrolyte layer 11.

제22도는 소결 과정 이전에 튜브 주변을 상기 기초 성분으로 래핑한 것을 예시한다.Figure 22 illustrates the wrapping of the base component around the tube prior to the sintering process.

제23도는 상기 기초 성분의 단부 사이의 틈을 충전한 것을 예시한다.23 illustrates filling the gap between the ends of the base component.

제24도는 소결 과정 후의 전지를 예시한다(상기 전지는 소결 과정 동안 튜브 내로 삽입된다).24 illustrates a cell after the sintering process (the cell is inserted into the tube during the sintering process).

제25도는 인터커넥터를 용접한 후의 완성된 관형 전지를 예시한다.25 illustrates a completed tubular cell after welding the interconnector.

제26도는 캐소드층을 포함하는 완성된 전지를 예시한다.FIG. 26 illustrates a finished cell including a cathode layer.

제27도는 롤링된 관형 전지로 형성된 스택을 예시한다.27 illustrates a stack formed of rolled tubular cells.

실시예 1 : 외부 매니폴드를 가진 단일 스택의 제조 Example 1 Preparation of Single Stack with External Manifold

제1 단계는 세 개의 금속 함유 층(층 1, 2 및 3, 도 1 참조)을 테이프-캐스팅하는 단계를 포함한다. 테이프-캐스팅을 위한 현탁액은 첨가제로서 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리비닐 부티랄(PVB) 및 EtOH + MEK와 함께 분말을 볼 밀링(ball milling)하여 제조된다. 입도 분포의 제어 후, 상기 현탁액은 이중 닥터 블레이드 시스템을 사용하여 테이프-캐스팅되고, 상기 테이프들은 연속적으로 건조된다.The first step involves tape-casting three metal containing layers (layers 1, 2 and 3, see FIG. 1). Suspensions for tape-casting are prepared by ball milling the powder with polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl butyral (PVB) and EtOH + MEK as additives. After control of the particle size distribution, the suspension is tape-cast using a dual doctor blade system and the tapes are continuously dried.

층 1 : 상기 현탁액은 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 및 Fe22Cr 분말을 1:2 부피비로 포함한다. 그린 두께(green thickness)는 50-70 ㎛의 범위이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 1-2 ㎛의 범위의 구멍 크기를 가지며 약 50%를 나타낸다.Layer 1: 2 in volume ratio comprises: the suspension is a and Fe22Cr powder Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 1. Green thickness is in the range of 50-70 μm. The porosity of the sintered layer has a pore size in the range of about 1-2 μm and represents about 50%.

층 2 : 상기 현탁액은 기공 형성제로서 목탄(charcoal)을 사용한 Fe22Cr에 기초한다. 포일의 그린 두께는 50-70 ㎛의 범위이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 4 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 50%를 나타낸다.Layer 2: The suspension is based on Fe22Cr using charcoal as pore former. The green thickness of the foil is in the range of 50-70 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 4 μm and represents about 50%.

층 3 : 층 2에서 사용된 동일한 합금 조성물이 사용되었으나, 이 경우 더 큰 입도 분포를 가진다. 셀룰로오스 및 흑연 섬유가 기공 형성제로 사용되었다. 그린 두께는 약 500 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 10 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 60%를 나타낸다.Layer 3: The same alloy composition used in Layer 2 was used, but in this case has a larger particle size distribution. Cellulose and graphite fibers were used as pore formers. The green thickness is about 500 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 10 μm and represents about 60%.

제2 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 언급한 포일을 기초 성분으로 적층시키는 단계를 포함한다. 이러한 적층 단계는 이중 롤링 장치(double roll set-up)의 가열된 롤을 사용하여 실행되고 1회의 공정으로 이루어진다.The second step involves laminating the above-mentioned foils as the base component, as shown in FIG. This lamination step is carried out using a heated roll of a double roll set-up and consists of a single process.

제3 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(1)의 측면) 및 가장자리 상에 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 현탁액을 스프레이 분사시키는 단계를 포함한다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.The third step is to spray-cost, suspension Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 on the (side of layer 1) and the edge surface of the base component, as shown in FIG. Steps. The suspension is prepared as described for the suspension in the first step.

제4 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(3)의 측면) 및 가장자리 상에 Fe22Cr 현탁액을 스프레이 페인팅하는 단계를 포함한다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.The fourth step comprises spray painting the Fe22Cr suspension on the surface (side of layer 3) and the edge of the base component, as shown in FIG. The suspension is prepared as described for the suspension in the first step.

제5 단계에서는 상기 스프레이 분사된 적층 테이프들이 사각형 단편으로 절단한다. 이는 나이프 펀칭(knife punching)에 의해 이루어지고 12×12 내지 20×20 cm2의 범위로 소결된 부분을 형성한다.In the fifth step, the sprayed laminated tapes are cut into rectangular pieces. This is done by knife punching and forms a sintered portion in the range of 12 × 12 to 20 × 20 cm 2 .

제6 단계는 도 3에 도시된 바와 같이, 선택적인 순서에 따라 두 개의 다른 성분으로 스택을 형성하는 단계를 포함한다.The sixth step includes forming a stack with two different components in an optional order, as shown in FIG.

제7 단계에서는, 상기 스택을 소결한다. 상기 스택은 150 g/cm2의 연직 하중 하에 가열로에 배치된다. 상기 스택은 유동 공기 하에서 약 50 ℃/h 내지 약 500 ℃를 증가시켜 가열한다. 2 시간의 소킹(soaking) 과정 후, 상기 가열로를 비우고 H2를 유입한다. 3 시간의 소킹 과정 후, 상기 가열로를 100 ℃/h로 온도를 증가시켜 약 1250 ℃까지 가열하고 실온으로 냉각하기 이전에 5 시간 동안 유지시킨다.In a seventh step, the stack is sintered. The stack is placed in a furnace under a vertical load of 150 g / cm 2 . The stack is heated under flowing air by increasing it from about 50 ° C / h to about 500 ° C. After 2 hours of soaking, the furnace is emptied and H 2 is introduced. After 3 hours of soaking, the furnace was heated to 100 ° C./h to heat to about 1250 ° C. and held for 5 hours before cooling to room temperature.

제8 단계에서는 캐소드를 주입한다. 상기 소결된 스택은 고무 밀봉에 의해 전해질로 밀봉된 가장자리의 두 개의 측면이 밀봉된다(도 4 참조). Gd, Sr, Co 및 Fe의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 질산염의 분해를 위한 중간 가열 단계와 함께 4회 수행된다. 주입된 페로브스카이트 캐소드(perovskite cathode)의 제조된 조성물은 (Gd0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2 이다.In the eighth step, the cathode is injected. The sintered stack is sealed two sides of the edge sealed with electrolyte by rubber sealing (see FIG. 4). Nitrate solutions of Gd, Sr, Co and Fe are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out four times with an intermediate heating step for the decomposition of nitrates. Is a composition made of the injected perovskite cathode (perovskite cathode) is (Gd 0 .6 Sr 0 .4) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2 -δ.

제9 단계에서는 애노드를 주입한다. 상기 캐소드가 주입된 스택은 고무 밀봉에 의해 인터커넥트로 밀봉된 측면들 중 두 개의 측면이 밀봉된다(도 4 참조). Ni, Ce 및 Gd의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 질산염 의 분해를 위해 각각의 침투 단계에서의 중간 가열 단계와 함께 5회 수행된다. 주입된 애노드 부분의 제조된 조성물은 (NiO를 환원한 후) 40 부피% Ni와 60 부피%의 (Ce0.9Gd0.1)O2-δ 이다.In the ninth step, the anode is injected. The cathode-infused stack is sealed on two of the sides sealed with the interconnect by rubber sealing (see FIG. 4). Nitrates solutions of Ni, Ce and Gd are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out five times with an intermediate heating step in each infiltration step for the decomposition of nitrates. The prepared composition of the injected anode portion is 40% by volume Ni (after reducing NiO) and 60% by volume of (Ce 0.9 Gd 0.1 ) O 2-δ .

이와 같이, SOFC 시스템에 설치될 수 있도록 준비된 단일 스택이 제조되었다.As such, a single stack prepared to be installed in an SOFC system was fabricated.

실시예 2 : 외부 매니폴딩을 가진 단일 스택(얇은 전지)의 제조 Example 2 Preparation of Single Stack (Thin Cell) with External Manifolding

제1 단계는 세 개의 금속 함유 층(층 1, 2 및 3, 도 1 참조)을 테이프-캐스팅하는 단계를 포함한다. 테이프-캐스팅을 위한 현탁액은 계면활성제, 결합제 및 용매와 같은 다양한 유기 첨가제와 함께 분말을 볼 밀링하여 제조된다(실시예 1 참조). 입도 분포의 제어 후, 상기 현탁액은 이중 닥터 블레이드 시스템을 사용하여 테이프-캐스팅되고, 상기 테이프들은 연속적으로 건조된다.The first step involves tape-casting three metal containing layers (layers 1, 2 and 3, see FIG. 1). Suspensions for tape-casting are prepared by ball milling powders with various organic additives such as surfactants, binders and solvents (see Example 1). After control of the particle size distribution, the suspension is tape-cast using a dual doctor blade system and the tapes are continuously dried.

층 1 : 상기 현탁액은 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 및 Fe22Cr 분말을 1:2 부피비로 포함한다. 그린 두께(green thickness)는 30-40 ㎛의 범위이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 1-2 ㎛의 범위의 구멍 크기를 가지며 약 40%를 나타낸다.Layer 1: 2 in volume ratio comprises: the suspension is a and Fe22Cr powder Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 1. Green thickness is in the range of 30-40 μm. The porosity of the sintered layer has a pore size in the range of about 1-2 μm and represents about 40%.

층 2 : 상기 현탁액은 기공 형성제로서 목탄을 사용한 Fe22Cr에 기초한다. 포일의 그린 두께는 30-40 ㎛의 범위이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 3 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 40%를 나타낸다.Layer 2: The suspension is based on Fe22Cr using charcoal as a pore former. The green thickness of the foil is in the range of 30-40 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 3 μm and represents about 40%.

층 3 : 층 2에서 사용된 동일한 합금 조성물이 사용되었으나, 이 경우 더 큰 입도 분포를 가진다. 셀룰로오스 및 흑연 섬유가 기공 형성제로 사용되었다. 그린 두께는 약 250 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 8 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 50%를 나타낸다.Layer 3: The same alloy composition used in Layer 2 was used, but in this case has a larger particle size distribution. Cellulose and graphite fibers were used as pore formers. The green thickness is about 250 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 8 μm and represents about 50%.

제2 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단계에서 제조된 포일을 기초 성분으로 적층시키는 단계를 포함한다. 이러한 적층 단계는 가열된 롤을 사용하여 1회의 공정으로 실행된다.The second step includes laminating the foil prepared in the first step into the base component, as shown in FIG. This lamination step is carried out in one process using a heated roll.

제3 단계에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(1)의 측면) 및 가장자리 상에 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 현탁액을 스프레이 페인팅하여 제1 기초 성분(도 3 참조)을 제조한다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다. 소결제로서 0.25 중량%의 Al2O3가 첨가된다.Article as described in the step 3 shown in Figure 2, to the surface (layer 1 side of a) and on the edge Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 -δ suspension of the base component spray painting A first basic ingredient (see FIG. 3) is prepared. The suspension is prepared as described for the suspension in the first step. 0.25 wt% Al 2 O 3 is added as a sintering agent.

제4 단계에서는 상기 기초 성분의 표면(층(3)의 측면) 및 가장자리 상에 Fe22Cr 현탁액을 스프레이 페인팅하여 제2 기초 성분(도 3 참조)을 제조한다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In a fourth step, a second foundation component (see FIG. 3) is prepared by spray painting the Fe22Cr suspension onto the surface (side of layer 3) and the edge of the foundation component. The suspension is prepared as described for the suspension in the first step.

제5 단계에서는 상기 스프레이 분사된 적층 테이프들이 사각형 단편으로 절단된다. 이는 나이프 펀칭에 의해 이루어지고 소결 후 12×12 내지 20×20 cm2 범위로 형성된 단편이 제조된다. In the fifth step, the spray sprayed laminated tapes are cut into rectangular pieces. This is done by knife punching and pieces formed in the range of 12 × 12 to 20 × 20 cm 2 after sintering are produced.

제6 단계는 도 3에 도시된 바와 같이, 선택적인 순서에 따라 상기에서 제조된 두 개의 다른 성분으로 스택을 형성한다.The sixth step forms a stack with the two different components prepared above in an optional order, as shown in FIG.

제7 단계에서는, 상기 스택을 소결한다. 상기 스택은 250 g/cm2의 연직 하중 하에 가열로에 배치된다. 상기 스택은 유동 공기 하에서 약 50 ℃/h 내지 약 500 ℃를 증가시켜 가열한다. 2 시간의 소킹(soaking) 과정 후, 상기 가열로를 비우고 H2를 유입한다. 3 시간의 소킹 과정 후, 상기 가열로를 100 ℃/h로 온도를 증가시켜 약 1150 ℃까지 가열하고 실온으로 냉각하기 이전에 8 시간 동안 유지시킨다.In a seventh step, the stack is sintered. The stack is placed in a furnace under a vertical load of 250 g / cm 2 . The stack is heated under flowing air by increasing it from about 50 ° C / h to about 500 ° C. After 2 hours of soaking, the furnace is emptied and H 2 is introduced. After a 3 hour soaking process, the furnace was heated to 100 ° C./h, heated to about 1150 ° C. and held for 8 hours before cooling to room temperature.

제8 단계에서는 캐소드를 주입한다. 제조된 상기 소결된 스택은 고무 밀봉에 의하여 전해질로 밀봉된 가장자리의 두 개의 측면이 밀봉된다(도 4 참조). Gd, Sr, Co 및 Fe의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 질산염의 분해를 위한 중간 가열 단계와 함께 4회 수행된다. 주입된 페로브스카이트 캐소드의 제조된 조성물은 (Gd0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2-δ 이다.In the eighth step, the cathode is injected. The prepared sintered stack is sealed two sides of the edge sealed with electrolyte by rubber sealing (see FIG. 4). Nitrate solutions of Gd, Sr, Co and Fe are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out four times with an intermediate heating step for the decomposition of nitrates. A manufactured composition of the injected perovskite cathode is (Gd 0 .6 Sr 0 .4) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2-δ.

제9 단계에서는 애노드를 주입한다. 상기 캐소드가 주입된 스택은 고무 밀봉으로 인터커넥트로 밀봉된 측면들 중 두 개의 측면이 밀봉된다(도 4 참조). Ni, Ce 및 Gd의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 주입된 질산염의 분해를 위해 각각의 침투 단계에서의 중간 가열 단계와 함께 5회 수행된다. 주입된 애노드 부분의 제조된 조성물은 (NiO를 환원한 후) 40 부피% Ni와 60 부피%의 (Ce0.9Gd0.1)O2-δ 이다.In the ninth step, the anode is injected. The cathode injected stack is sealed with two of the sides sealed with a rubber seal (see FIG. 4). Nitrates solutions of Ni, Ce and Gd are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out five times with an intermediate heating step in each infiltration step for the decomposition of the injected nitrates. The prepared composition of the injected anode portion is 40% by volume Ni (after reducing NiO) and 60% by volume of (Ce 0.9 Gd 0.1 ) O 2-δ .

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 3 : 외부 매니폴드(인터커넥트 포일)를 가진 단일 스택의 제조 Example 3 Fabrication of a Single Stack with an External Manifold (Interconnect Foil)

제1 단계는 실시예 1에서 설명한 바와 같이 수행된다.The first step is performed as described in Embodiment 1.

제2 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단계에서 제조한 포일을 기초 성분으로 적층시키는 단계를 포함한다. 이러한 적층 단계는 가열된 롤을 사용하여 1회의 공정으로 실행된다.The second step includes laminating the foil prepared in the first step into the base component, as shown in FIG. This lamination step is carried out in one process using a heated roll.

제3 단계는 인터커넥트를 수용하는 기초 성분을 적층시키는 단계이다. 50-100 ㎛의 두께를 가진 U자 형태의 고밀도 Fe22Cr 포일을 제1 단계에서 제조한 포일과 함께 적층시킨다. 이러한 성분은 층(3)에 대해 적층된 조밀한 FeCr 포일과 함께 네 개의 층을 포함한다. 이 공정에서는 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 도면에서 도시된 것보다 더 두꺼운 인터커넥트층을 가진 제2 기초 성분이 형성된다. 이러한 적층은 가열된 롤을 사용하여 1회의 공정으로 실행된다.The third step is to stack the base components that receive the interconnect. A U-shaped high density Fe 22 Cr foil having a thickness of 50-100 μm was laminated together with the foil prepared in the first step. This component comprises four layers with a dense FeCr foil laminated to layer 3. In this process, as shown in Fig. 3, a second base component having a thicker interconnect layer than that shown in the figure is formed. This lamination is performed in one process using heated rolls.

제4 단계는 실시예 1의 제3 단계와 일치한다.The fourth step is identical to the third step of Example 1.

제5 단계는 제3 단계에서 제조된 제2 기초 성분에 대해 설명된 것과 대략 동일한 크기를 가진 사각형의 단편으로 상기 제2 단계에서 제조된 적층 테이프를 절단하는 단계를 포함한다. 이러한 절단 단계는 나이프 펀칭에 의해 실행된다.The fifth step includes cutting the laminated tape produced in the second step into pieces of squares of approximately the same size as described for the second basic component produced in the third step. This cutting step is performed by knife punching.

상기 스택의 이후 제조 단계는 실시예 1의 제6-9 단계에서 설명된 바와 같이 실행된다.Subsequent manufacturing steps of the stack are performed as described in Steps 6-9 of Example 1.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 4a : 내부 매니폴딩을 갖는 단일 스택의 제조 및 연료와 산화 가스의 교차 흐름. Example 4a Fabrication of a Single Stack with Internal Manifolding and Cross Flow of Fuel and Oxidizing Gas.

제1 단계는 세 개의 금속 함유 층(층 1, 2 및 3, 도 1 참조)을 테이프-캐스팅하는 단계를 포함한다. 테이프-캐스팅을 위한 현탁액은 계면활성제, 결합제 및 용매와 같은 다양한 유기 첨가제와 함께 분말을 볼 밀링하여 제조된다(실시예 1 참조). 입도 분포의 제어 후, 상기 현탁액은 이중 닥터 블레이드 시스템을 사용하여 테이프-캐스팅되고, 상기 테이프들은 연속적으로 건조된다.The first step involves tape-casting three metal containing layers (layers 1, 2 and 3, see FIG. 1). Suspensions for tape-casting are prepared by ball milling powders with various organic additives such as surfactants, binders and solvents (see Example 1). After control of the particle size distribution, the suspension is tape-cast using a dual doctor blade system and the tapes are continuously dried.

층 1 : 상기 현탁액은 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 및 Fe22Cr 분말을 1:2 부피비로 포함한다. 그린 두께(green thickness)는 약 70 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 1-2 ㎛의 범위의 구멍 크기를 가지며 약 50%를 나타낸다.Layer 1: 2 in volume ratio comprises: the suspension is a and Fe22Cr powder Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 1. The green thickness is about 70 μm. The porosity of the sintered layer has a pore size in the range of about 1-2 μm and represents about 50%.

층 2 : 상기 현탁액은 기공 형성제로서 목탄을 사용한 Fe22Cr에 기초한다. 포일의 그린 두께는 약 100 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 4 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 50-60%를 나타낸다.Layer 2: The suspension is based on Fe22Cr using charcoal as a pore former. The green thickness of the foil is about 100 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 4 μm and represents 50-60%.

층 3 : 층 2에서 사용된 동일한 합금 조성물이 사용되었으나, 이 경우 더 큰 입도 분포를 가진다. 셀룰로오스 및 흑연 섬유가 기공 형성제로 사용되었다. 그린 두께는 약 400 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 10-15 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 70%를 나타낸다.Layer 3: The same alloy composition used in Layer 2 was used, but in this case has a larger particle size distribution. Cellulose and graphite fibers were used as pore formers. The green thickness is about 400 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 10-15 μm and represents about 70%.

제2 단계는 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기에서 언급한 포일을 기초 성분으로 적층시키는 단계를 포함한다. 이러한 적층 단계는 가열된 롤을 사용하여 1회의 공정으로 실행된다.The second step includes laminating the above-mentioned foils as the base component, as shown in FIG. This lamination step is carried out in one process using a heated roll.

제3 단계에서, 상기 기초 성분을 더 작은 단편으로 절단한 후, (도 5에 도시 된 바와 같이) 구멍들이 상기 기초 성분 내의 두 개의 반대 측면 상에 타공된다. 이 공정은 나이프 펀칭 또는 레이저 커팅(laser cutting)으로 실행될 수 있다. 상기 구멍의 직경은 약 5-7 mm이고, 상기 기초 성분 단편의 크기는 소결 후 12×12 내지 20×20 cm2 범위이다.In a third step, after cutting the foundation component into smaller pieces, holes (as shown in FIG. 5) are perforated on two opposite sides in the foundation component. This process can be carried out by knife punching or laser cutting. The diameter of the holes is about 5-7 mm and the size of the base component fragments range from 12 × 12 to 20 × 20 cm 2 after sintering.

제4 단계에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(1)의 측면) 및 가장자리(외부 가장자리 및 구멍의 가장자리) 상에 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 현탁액을 스프레이 페인팅하여 제1 기초 성분(도 3 참조)을 제조한다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.As the fourth step, shown in Figure 6 (the side of the layer 1), the surface of the base component and on the edge (edge of the outer edge and the hole) Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O Spray painting the 2 suspension to prepare a first basic component (see FIG. 3). The suspension is prepared as described for the suspension in the first step.

제5 단계에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 가장자리 부근에 밀봉층을 형성한다. 약 10-20 ㎛의 범위의 두께를 갖는 층이 Na-Al-SiO2 유리 잉크를 스크린 페인팅(screen painting)하여 제조된다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In the fifth step, as shown in FIG. 7, a sealing layer is formed near the edge. A layer having a thickness in the range of about 10-20 μm is prepared by screen painting Na-Al-SiO 2 glass ink. The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제6 단계에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 반대 측면 상에 가스 분배 구멍을 타공한다. 이러한 타공 단계는 앞서 설명한 바와 같이 수행된다.In a sixth step, as shown in FIG. 8, the gas distribution holes are drilled on two opposite sides. This perforation step is performed as described above.

제7 단계에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(3)의 측면) 및 가장자리(외부 가장자리 및 구멍의 가장자리) 상에 Fe22Cr 현탁액을 스프레이 페인팅하여 제2 기초 성분(도 3 참조)을 제조한다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In the seventh step, as shown in Fig. 6, the Fe22Cr suspension is spray-painted onto the surface (side of layer 3) and the edge (outer edge and edge of the hole) of the base component to form a second base component (Fig. 3). Reference). The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제8 단계에서는 가장자리 부분에 밀봉층을 형성한다. 이 부분은 도 7에 표시 하였다. 약 10-20 ㎛의 범위의 두께를 갖는 층이 Fe22Cr 잉크를 스크린 페인팅하여 제조된다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In the eighth step, a sealing layer is formed at the edge portion. This part is shown in FIG. A layer having a thickness in the range of about 10-20 μm is prepared by screen painting Fe22Cr ink. The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제9 단계에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 반대 측면 상의 가스 분배 구멍을 타공한다. 상기 타공 단계는 앞서 설명한 바와 같이 수행된다.In the ninth step, as shown in Fig. 8, the gas distribution holes on two opposite sides are drilled. The perforation step is performed as described above.

제10 단계에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 선택적인 순서에 따라 상기 두 개의 다른 성분들로 스택을 형성한다.In a tenth step, as shown in FIG. 9, a stack is formed of the two different components in an optional order.

제11 단계에서 상기 스택이 소결된다. 상기 스택은 100 g/cm2의 연직 하중 하에 가열로에 배치된다. 이후 상기 스택은 유동 공기 하에서 약 50 ℃/h 내지 약 500 ℃를 증가시켜 가열된다. 2 시간의 소킹 과정 후, 상기 가열로를 비우고 H2를 유입한다. 3 시간의 소킹 과정 후, 상기 가열로를 약 100 ℃/h로 온도를 증가시켜 1300 ℃까지 가열하고 실온으로 냉각하기 이전에 5 시간 동안 유지시킨다.In the eleventh step the stack is sintered. The stack is placed in a furnace under a vertical load of 100 g / cm 2 . The stack is then heated by increasing from about 50 ° C. to about 500 ° C. under flowing air. After 2 hours of soaking, the furnace is emptied and H 2 is introduced. After 3 hours of soaking, the furnace is heated to about 100 ° C./h, heated to 1300 ° C. and held for 5 hours before cooling to room temperature.

제12 단계에서는 캐소드를 주입한다. 상기 애노드 부분의 출입구는 고무 밀봉으로 밀봉된다. Gd, Sr, Co 및 Fe의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 질산염의 분해를 위한 중간 가열 단계와 함께 4회 수행된다. 주입된 페로브스카이트 캐소드의 제조된 조성물은 (Gd0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2-δ 이다.In the twelfth step, the cathode is injected. The entrance of the anode portion is sealed with a rubber seal. Nitrate solutions of Gd, Sr, Co and Fe are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out four times with an intermediate heating step for the decomposition of nitrates. A manufactured composition of the injected perovskite cathode is (Gd 0 .6 Sr 0 .4) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2-δ.

제13 단계에서는 애노드를 주입한다. 상기 캐소드 부분의 출입구는 고무 밀봉으로 밀봉된다. Ni, Ce 및 Gd의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 주입된 질산염의 분해를 위해 각각의 침투 단계에서의 중간 가열 단계와 함께 5회 수행된다. 주입된 애노드 부분의 제조된 조성물은 (NiO를 환원한 후) 40 부피% Ni와 60 부피%의 (Ce0 .9Gd0 .1)O2 이다.In the thirteenth step, an anode is injected. The entrance to the cathode portion is sealed with a rubber seal. Nitrates solutions of Ni, Ce and Gd are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out five times with an intermediate heating step in each infiltration step for the decomposition of the injected nitrates. The prepared compositions of the injected anode portion (after reduction of NiO) is 40% by volume of Ni and 60 vol% (Ce 0 .9 Gd 0 .1 ) O 2 -δ.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치할 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 4b : 내부 매니폴딩을 갖는 단일 스택의 제조 및 연료와 산화 가스의 교차 흐름. Example 4b Fabrication of a Single Stack with Internal Manifolding and Cross Flow of Fuel and Oxidizing Gas.

상기 스택은 실시예 4a에서 설명한 바와 같이 제조되었으나, 도 14에 도시된 바와 같이 제5 및 제8 단계(밀봉층 형성 단계)가 생략되었다.The stack was manufactured as described in Example 4a, but the fifth and eighth steps (sealing layer forming steps) were omitted as shown in FIG.

실시예 4c : 내부 매니폴딩을 갖는 단일 스택의 제조 및 연료와 산화 가스의 교차 흐름. Example 4c Fabrication of a Single Stack with Internal Manifolding and Cross Flow of Fuel and Oxidizing Gas.

상기 스택은 실시예 4a 또는 4b에서 설명된 바와 같이 제조되었으나, 추가적으로 상기 스택의 소결 과정 이전에 상기 스택의 측면 상에 형성된 외부 밀봉을 포함한다. 상기 밀봉은 스프레이 페인팅에 의해 이루어진다.The stack was prepared as described in Examples 4a or 4b, but additionally included an outer seal formed on the side of the stack prior to the sintering process of the stack. The sealing is made by spray painting.

실시예 5 : 내부 매니폴딩을 갖는 단일 스택의 제조 및 연료와 산화 가스의 평행 흐름 또는 대향 흐름. Example 5 Fabrication of a Single Stack with Internal Manifolding and Parallel or Opposite Flow of Fuel and Oxidizing Gas.

제1 및 제2 단계는 실시예 3에서 설명된 바와 같이 수행된다.The first and second steps are performed as described in Example 3.

제3 단계에서, 상기 기초 성분을 더 작은 단편으로 절단할 뿐만 아니라, (도 16에 도시된 바와 같이) 상기 기초 성분 내의 두 개의 반대 측면 상에 가스 분배 구멍을 타공한다. 이 공정은 나이프 펀칭 또는 레이저 커팅으로 수행될 수 있다. 상기 구멍의 직경은 일반적으로 약 5-7 mm이고, 상기 기초 성분 단편의 크기는 소결 후 12×12 내지 20×20 cm2 범위이다.In the third step, not only the base component is cut into smaller pieces, but also the gas distribution holes are drilled on two opposite sides in the base component (as shown in FIG. 16). This process can be performed by knife punching or laser cutting. The diameter of the holes is generally about 5-7 mm and the size of the base component fragments range from 12 × 12 to 20 × 20 cm 2 after sintering.

제4 단계에서는 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(1)의 측면) 및 가장자리(외부 가장자리 및 구멍의 가장자리) 상에 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 잉크를 스크린 페인팅하여 제1 기초 성분(도 3 참조)을 제조한다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.As the fourth step, shown in Figure 17, (on the side of the layer 1), the surface of the base component and on the edge (edge of the outer edge and the hole) Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O Screen painting of the 2 ink produces a first basic component (see FIG. 3). The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제5 단계에서는 상기 가장자리 부근과 제3 단계에서 형성된 구멍 사이의 부분에 밀봉층(6)을 형성한다. 약 10-20 ㎛의 범위의 두께를 갖는 층이 도 18에 도시된 바와 같이, Ca-Al-SiO2 유리 잉크를 스크린 페인팅하여 제조된다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In the fifth step, the sealing layer 6 is formed in the portion between the edge and the hole formed in the third step. A layer having a thickness in the range of about 10-20 μm is prepared by screen painting Ca—Al—SiO 2 glass ink, as shown in FIG. 18. The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제6 단계에서는 제3 단계에서 형성된 구멍 사이에 가스 분배 구멍을 타공한다. 이러한 타공 단계는 앞서 설명한 바와 같이 수행된다.In the sixth step, a gas distribution hole is drilled between the holes formed in the third step. This perforation step is performed as described above.

제7 단계에서는 상기 기초 성분의 표면(층(3)의 측면) 및 가장자리(외부 가장자리 및 구멍의 가장자리) 상에 Fe22Cr 잉크를 스크린 페인팅하여 제2 기초 성분(도 3 참조)을 제조한다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In a seventh step, a second foundation component (see Fig. 3) is produced by screen painting Fe22Cr ink on the surface (side of layer 3) and on the edge (outer edge and edge of hole) of the foundation component. The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제8 단계에서는 제7 단계에서 제조된 성분의 가장자리 부분에 밀봉층을 형성 한다. 10-20 ㎛의 범위의 두께를 갖는 층이 Fe22Cr 잉크를 스크린 페인팅하여 제조된다. 상기 잉크는 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.In the eighth step, a sealing layer is formed on the edge portion of the component prepared in the seventh step. A layer having a thickness in the range of 10-20 μm is prepared by screen painting Fe22Cr ink. The ink is prepared as described for the suspension in the first step.

제9 단계에서는 제3 단계에서 형성된 구멍 사이에 가스 분배 구멍을 타공한다(도 19 참조). 이러한 타공 단계는 앞서 설명한 바와 같이 수행된다.In the ninth step, a gas distribution hole is drilled between the holes formed in the third step (see Fig. 19). This perforation step is performed as described above.

제10 단계에서는 도 20에 도시된 바와 같이, 선택적인 순서에 따라 상기 두 개의 다른 성분들로 스택을 형성한다.In a tenth step, as shown in FIG. 20, a stack is formed of the two different components in an optional order.

제11 단계에서는 상기 스택을 소결한다. 상기 스택은 50-250 g/cm2의 연직 하중 하에 가열로에 배치된다. 이후 상기 스택은 유동 공기 하에서 약 50 ℃/h 내지 약 500 ℃를 증가시켜 가열된다. 2 시간의 소킹 과정 후, 상기 가열로는 실온으로 냉각되고 금속 티타늄 스폰지가 가열로 내의 상기 스택의 정면에 유입되고, 상기 가열로는 비워지고 H2가 유입된다. 상기 가열로를 약 100 ℃/h로 온도를 증가시켜 1300 ℃까지 가열하고 실온으로 냉각하기 이전에 3 시간 동안 유지시킨다.In the eleventh step, the stack is sintered. The stack is placed in a furnace under a vertical load of 50-250 g / cm 2 . The stack is then heated by increasing from about 50 ° C. to about 500 ° C. under flowing air. After 2 hours of soaking, the furnace is cooled to room temperature and a metal titanium sponge is introduced into the front of the stack in the furnace, the furnace is emptied and H 2 is introduced. The furnace is heated to about 100 ° C./h, heated to 1300 ° C. and held for 3 hours before cooling to room temperature.

제12 단계에서는 캐소드를 주입한다. 상기 애노드 부분의 출입구는 고무 밀봉에 의해 밀봉된다. 60 부피% (Gd0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2-δ와 40 부피% (Ce0 .9Gd0 .1)O2 의 콜로이드 현탁액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 중간 가열 단계와 함께 4회 수행된다.In the twelfth step, the cathode is injected. The entrance of the anode portion is sealed by rubber sealing. 60 vol% (Gd 0 .6 Sr 0 .4 ) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2-δ and 40 vol% (Ce 0 .9 Gd 0 .1 ) O is a colloidal suspension of 2 Vacuum infiltration into the porous structure. The infiltration step is carried out four times with an intermediate heating step.

제13 단계에서는 애노드를 주입한다. 상기 캐소드 부분의 출입구는 고무 밀봉에 의해 밀봉된다. Ni, Ce 및 Gd의 질산염 용액은 다공성 구조로 진공 침투된다. 상기 침투 단계는 주입된 질산염의 분해를 위해 각각의 침투 단계에서의 중간 가열 단계와 함께 5회 수행된다. 주입된 애노드 부분의 제조된 조성물은 (NiO를 환원한 후) 45 부피% Ni와 55 부피% (Ce0 .9Gd0 .1)O2 이다.In the thirteenth step, an anode is injected. The entrance to the cathode portion is sealed by a rubber seal. Nitrates solutions of Ni, Ce and Gd are vacuum infiltrated into the porous structure. The infiltration step is carried out five times with an intermediate heating step in each infiltration step for the decomposition of the injected nitrates. The prepared compositions of the injected anode portion (after reduction of NiO) is 45 vol% Ni and 55 vol% (Ce 0 .9 Gd 0 .1 ) O 2 -δ.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 6 : 외부 매니폴딩을 갖는 단일 스택의 제조 및 전극의 부분적 주입 Example 6 Preparation of Single Stack with External Manifolding and Partial Injection of Electrodes

제1 단계는 네 개의 금속 함유 층(층 1, 2, 3 및 4)을 테이프-캐스팅하는 단계이다. 테이프-캐스팅을 위한 현탁액은 계면활성제, 결합제 및 용매와 같은 다양한 유기 첨가제와 함께 분말을 볼 밀링하여 제조된다. 입도 분포의 제어 후, 상기 현탁액은 이중 닥터 블레이드 시스템을 사용하여 테이프-캐스팅되고, 상기 테이프들은 연속적으로 건조된다. 상기 현탁액의 조성을 조절하여 소결 수축률뿐만 아니라 바람직한 다공률이 이루어질 수 있게 한다.The first step is tape-casting four metal containing layers (layers 1, 2, 3 and 4). Suspensions for tape-casting are prepared by ball milling powders with various organic additives such as surfactants, binders and solvents. After control of the particle size distribution, the suspension is tape-cast using a dual doctor blade system and the tapes are continuously dried. The composition of the suspension can be adjusted to achieve the desired porosity as well as the sinter shrinkage.

층 1 : 상기 현탁액은 55 중량% NiO와 45 중량% Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 을 포함한다. 구형 PMMA가 기공 형성제로 사용된다. 그린 두께(green thickness)는 약 50 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 1-2 ㎛의 범위의 구멍 크기를 가지며 약 50%를 나타낸다.Layer 1: The suspension comprises 55 wt% NiO and 45 wt% Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 -δ. Spherical PMMA is used as the pore former. The green thickness is about 50 μm. The porosity of the sintered layer has a pore size in the range of about 1-2 μm and represents about 50%.

층 2 : 상기 현탁액은 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 및 Fe22Cr 분말을 1:2 부피비로 포함한다. 목탄이 기공 형성제로 사용되었다. 포일의 그린 두께는 50-70 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 4 ㎛의 범위의 구멍 크기를 가지며 약 50%를 나타낸다.Layer 2 includes in a volume ratio of 2: The suspension is a and Fe22Cr powder Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 1. Charcoal was used as a pore former. The green thickness of the foil is 50-70 μm. The porosity of the sintered layer has a pore size in the range of about 4 μm and represents about 50%.

층 3 : 상기 현탁액은 기공 형성제로서 목탄을 사용한 Fe22Cr 분말에 기초한다. 포일의 그린 두께는 약 50-70 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 4 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 55%를 나타낸다.Layer 3: The suspension is based on Fe22Cr powder using charcoal as a pore former. The green thickness of the foil is about 50-70 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 4 μm and represents 55%.

층 4 : 층 3에 사용된 동일한 조성물이 사용되었으나, 이 경우 더 큰 입도 분포를 가진다. 셀룰로오스 및 흑연 섬유가 기공 형성제로 사용되었다. 그린 두께는 약 300 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 10 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 60%를 나타낸다.Layer 4: The same composition used in Layer 3 was used, but in this case has a larger particle size distribution. Cellulose and graphite fibers were used as pore formers. The green thickness is about 300 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 10 μm and represents about 60%.

제2 단계에서는 제1 단계에서 제조된 포일을 적층시켜 제1 기초 성분을 제조한다. 이러한 포일의 적층 단계는 층 1, 2, 3 및 4의 순서이고 가열된 롤을 사용하여 실행된다.In the second step, the foil prepared in the first step is laminated to prepare a first basic component. The lamination step of these foils is performed in the order of layers 1, 2, 3 and 4 and using heated rolls.

제3 단계에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(1)의 측면) 및 가장자리 상에 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 현탁액을 스프레이 페인팅하여 상기 제2 단계에서 제조한 기초 성분 상에 전해질을 형성시킨다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다. Article as described in the step 3 shown in Figure 2, to the surface (layer 1 side of a) and on the edge Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 -δ suspension of the base component spray painting An electrolyte is formed on the base component prepared in the second step. The suspension is prepared as described for the suspension in the first step.

제4 단계는 상기 스프레이 분사된 적층 테이프를 사각형 단편으로 절단하는 단계이다. 이 공정은 나이프 펀칭에 의해 수행되고, 소결 후 12×12 내지 20×20 cm2 범위의 단편 크기를 나타낸다.The fourth step is to cut the sprayed laminated tape into rectangular pieces. This process is performed by knife punching and exhibits a fragment size in the range of 12 × 12 to 20 × 20 cm 2 after sintering.

제5 단계는 상기 제2-4 단계에서 제조된 제1 기초 성분을 소결하는 단계이다. 이러한 소결 단계는 실시예 1의 제7 단계에서 설명된 바와 같이 실행된다.The fifth step is to sinter the first basic component prepared in the second to fourth steps. This sintering step is carried out as described in the seventh step of Example 1.

제6 단계는 세리아 장벽층과 함께 상기 제1 기초 성분 상에 소결된 전해질을 코팅하는 단계이다. 상기 층은 Ce 및 Gd의 질산염 용액을 스핀 코팅(spin coating)하여 형상된다. 제조된 조성물은 (Ce0 .9Gd0 .1)O2 이다.The sixth step is coating the sintered electrolyte on the first basic component together with the ceria barrier layer. The layer is formed by spin coating a nitrate solution of Ce and Gd. It is prepared compositions (Ce 0 .9 Gd 0 .1) O 2 -δ.

제7 단계는 제1 단계에서 제조된 포일 2-4를 적층시켜 제2 기초 성분을 제조하는 단계이다. 포일의 적층 단계는 층 2, 3 및 4의 순서이고 가열될 롤을 사용하여 수행된다.The seventh step is to laminate the foils 2-4 prepared in the first step to prepare a second basic component. The laminating step of the foil is performed in the order of layers 2, 3 and 4 and using a roll to be heated.

제8 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기초 성분의 표면(층(4)의 측면) 및 가장자리 상에 Fe22Cr 현탁액을 스프레이 페인팅하여 상기 제6 단계에서 제조된 상기 기초 성분 상에 인터커넥트를 형성시키는 단계이다. 상기 현탁액은 제1 단계에서 현탁액에 대해 설명한 바와 같이 제조된다.The eighth step is spray painting Fe22Cr suspension on the surface (side of layer 4) and the edge of the base component to form an interconnect on the base component prepared in the sixth step, as shown in FIG. This is the step. The suspension is prepared as described for the suspension in the first step.

제9 단계는 스프레이 분사된 적층 테이프를 사각형 단편으로 절단하는 단계이다. 이는 나이프 펀칭에 의해 수행되고, 소결 후 12×12 내지 20×20 cm2 범위의 단편 크기를 나타낸다.The ninth step is to cut the spray sprayed laminated tape into rectangular pieces. This is done by knife punching and exhibits a fragment size in the range of 12 × 12 to 20 × 20 cm 2 after sintering.

제10 단계는 제6-8 단계에서 제조된 제2 기초 성분을 소결하는 단계이다. 이러한 소결 단계는 실시예 1의 제7 단계에서 설명한 바와 같이 수행된다.The tenth step is the sintering of the second basic component prepared in the sixth to eighth steps. This sintering step is performed as described in the seventh step of Example 1.

제11 단계는 상기 제2 기초 성분 상의 인터커넥트 밀봉 측면의 각각의 측면의 외부 5 mm 상에 Ca-Al-SiO2에 기초한 잉크를 증착시키는 단계이다.The eleventh step is depositing Ca-Al-SiO 2 based ink on the outer 5 mm of each side of the interconnect sealing side on the second base component.

제12 단계는 상기 제2 기초 성분의 층(2)의 측면 상에 캐소드층을 형성하는 단계이다. (La0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2-δ와 (Ce0 .9Gd0 .1)O2 의 1:1 부피비 혼합물을 포 함하는 상기 캐소드층은 스크린 프린팅하여 형성된다. 이러한 스크린 프린팅은 앞서 설명한 바와 같이 수행된다.The twelfth step is to form a cathode layer on the side of the layer 2 of the second basic component. (La 0 .6 Sr 0 .4) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2-δ and (Ce 0 0 .1 .9 Gd) 2 O in 1 -δ: 1 volume ratio of a mixture that contains the The cathode layer is formed by screen printing. This screen printing is performed as described above.

제13 단계에서는 선택적인 순서에 따라 다른 두 개의 기초 성분들로 스택을 형성한다.In the thirteenth step, the stack is formed of two different basic components in an optional order.

제14 단계에서는 공기 중에서 850℃ 온도로 2 시간 동안 열처리하여 상기 스택을 밀봉 및 결합한다. 상기 스택에는 이러한 열처리 이전에 50 g/cm2의 연직 하중이 가하여진다.In the fourteenth step, the stack is heat-sealed at 850 ° C. for 2 hours in air to seal and bond the stack. The stack is subjected to a vertical load of 50 g / cm 2 prior to this heat treatment.

제15 단계는 Ni-질산염 용액의 진공 침투에 의하여 애노드 부분에 NiO를 주입하는 단계이다.The fifteenth step is injecting NiO to the anode portion by vacuum penetration of the Ni-nitrate solution.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 7 : 외부 매니폴딩을 갖는 단일 스택의 제조 및 상기 전극의 부분적 주입 Example 7 Fabrication of a Single Stack with External Manifolding and Partial Implantation of the Electrode

실시예 7은 제1 단계에서 층(1)이 니켈 비함유 애노드 재료 및 Fe22Cr의 혼합물로 제조되는 것을 제외하고 기본적으로 실시예 6과 일치한다.Example 7 is basically identical to Example 6 except that in the first step layer 1 is made of a mixture of nickel free anode material and Fe 22 Cr.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 8 : 관형 전지 스택의 제조 Example 8 Preparation of Tubular Cell Stacks

제1 단계는 전해질층과 두 개의 금속 함유 층을 테이프-캐스팅하는 단계이 다. 테이프-캐스팅을 위한 현탁액은 계면활성제, 결합제 및 용매와 같은 다양한 유기 첨가제와 함께 분말을 볼 밀링하여 제조된다. 입도 분포의 제어 후, 상기 현탁액은 이중 닥터 블레이드 시스템을 사용하여 테이프-캐스팅되고, 상기 테이프들은 연속적으로 건조된다. 상기 현탁액의 조성을 조절하여 소결 수축률뿐만 아니라 바람직한 다공률이 이루어질 수 있게 한다.The first step is tape-casting the electrolyte layer and the two metal containing layers. Suspensions for tape-casting are prepared by ball milling powders with various organic additives such as surfactants, binders and solvents. After control of the particle size distribution, the suspension is tape-cast using a dual doctor blade system and the tapes are continuously dried. The composition of the suspension can be adjusted to achieve the desired porosity as well as the sinter shrinkage.

층 11 : 상기 현탁액은 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 을 포함한다. 그린 두께는 20-25 ㎛의 범위이다. 상기 층은 96% 미만의 이론 밀도로 소결된다.Layer 11: The suspension comprises Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 -δ. Green thickness is in the range of 20-25 μm. The layer is sintered at a theoretical density of less than 96%.

층 12 : 상기 현탁액은 Zr0 .78Sc0 .2Y0 .02O2 및 Fe22Cr 분말을 1:2 부피비로 포함한다. 그린 두께는 50-70 ㎛의 범위이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 1-2 ㎛의 범위의 구멍 크기를 가지며 50%를 나타낸다.Layer 12: 2 in volume ratio comprises: the suspension is a and Fe22Cr powder Zr 0 .78 Sc 0 .2 Y 0 .02 O 2 1. Green thickness ranges from 50-70 μm. The porosity of the sintered layer has a pore size in the range of about 1-2 μm and represents 50%.

층 13 : 층 12에 사용된 동일한 조성물이 사용되었으나, 이 경우에는 더 큰 입도 분포를 가진다. 셀룰로오스 및 흑연 섬유가 기공 형성제로 사용되었다. 그린 두께는 약 400 ㎛이다. 소결된 상기 층의 다공률은 약 10 ㎛의 평균 구멍 크기를 가지며 약 60%를 나타낸다.Layer 13: The same composition used for layer 12 was used, but in this case has a larger particle size distribution. Cellulose and graphite fibers were used as pore formers. The green thickness is about 400 μm. The porosity of the sintered layer has an average pore size of about 10 μm and represents about 60%.

제2 단계는 제1 단계에서 제조된 포일을 적층시켜 기초 성분을 제조하는 단계이다. 상기 포일의 적층 단계는 도 21에 도시된 바와 같이 층 11, 12 및 13의 순서이고, 가열된 롤을 사용하여 수행된다.The second step is to laminate the foil prepared in the first step to prepare the base component. The lamination step of the foil is in the order of layers 11, 12 and 13, as shown in FIG. 21, and is performed using a heated roll.

제3 단계는 상기 기초 성분을 약 77×300 mm2의 크기의 시트(sheet)로 절단하는 단계이다.The third step is to cut the base component into a sheet of size about 77 × 300 mm 2 .

제4 단계는 약 25 mm의 외경을 갖는 산화이트륨 안정화 지르코니아 튜브(yttria stabilized zirconia tube) 주변에 기초 성분을 래핑(wrapping)하는 단계이다(도 22 참조).The fourth step is to wrap the base component around a yttria stabilized zirconia tube with an outer diameter of about 25 mm (see FIG. 22).

제5 단계는 Fe22Cr 분말을 포함하는 페이스트로 상기 시트의 단부들 사이의 틈을 충전하는 단계이다(도 23 참조).The fifth step is filling the gaps between the ends of the sheet with a paste comprising Fe 22 Cr powder (see FIG. 23).

제6 단계는 상기 래핑된 튜브를 산화이트륨 안정화 지르코니아로 제조된 더 큰 지지 튜브로 삽입하는 단계이다(도 24 참조).The sixth step is to insert the wrapped tube into a larger support tube made of yttria stabilized zirconia (see FIG. 24).

제7 단계는 실시예 1의 제7 단계에서 설명한 바와 같이, 환원 조건 하에서 소결하는 단계이다.The seventh step is a step of sintering under reducing conditions, as described in the seventh step of Example 1.

제8 단계는 도 25에서 도시된 바와 같이, 상기 튜브에 인터커넥트 막대(interconnector rod)를 용접하는 단계이다.An eighth step is welding an interconnect rod to the tube, as shown in FIG. 25.

제9 단계는 애노드를 상기 튜브 내의 다공성층으로 주입하는 단계이다. 이러한 주입 단계는 이전의 실시예에서 설명한 바와 같이, Ni-, Ce- 및 Gd-질산염을 진공 침투시켜 수행된다.The ninth step is injecting an anode into the porous layer in the tube. This injection step is carried out by vacuum infiltration of Ni-, Ce- and Gd-nitrates, as described in the previous examples.

제10 단계는 도 26에 도시된 바와 같이, (La0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2-δ와 (Ce0.9Gd0.1)O2-δ를 1:1 부피비로 포함하는 슬러리 내에서 상기 튜브를 딥 코팅(dip coating)하여 캐소드를 증착하는 단계이다.Step 10, as shown in Fig. 26, (La 0 .6 Sr 0 .4) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2-δ and (Ce 0.9 Gd 0.1) O 2 -δ 1 A step of depositing a cathode by dip coating the tube in a slurry containing a volume ratio of 1: 1.

제11 단계는 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 단일 튜브를 스택으로 집속시키는 단계이다.The eleventh step is to focus the single tube into a stack, as shown in FIG. 27.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

실시예 9 : 관형 전지 스택의 제조 Example 9 Preparation of Tubular Cell Stacks

제1 단계는 실시예 7의 제1 단계와 일치한다.The first step is identical to the first step of the seventh embodiment.

제2 단계는 제1 단계에서 제조되는 포일을 적층시켜 기초 성분을 제조하는 단계이다. 상기 포일의 적층 단계는 층 14, 11, 12 및 13 순서로 가열된 롤을 사용하여 수행된다(층 14는 층 12와 유사할 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 층 14는 다른 세 개의 층보다 짧아 래핑된 후 상기 성분의 단부에 대한 거리가 약 3 mm 이상이다.The second step is to laminate the foils prepared in the first step to produce the base component. The lamination step of the foil is carried out using rolls heated in the order of layers 14, 11, 12 and 13 (layer 14 may be similar to layer 12. As shown in FIG. The distance to the end of the component, after being wrapped shorter than the layer, is at least about 3 mm.

제3 단계는 상기 기초 성분을 약 77×300 mm2의 크기의 시트로 절단하는 단계이다.The third step is to cut the base component into sheets of size about 77 × 300 mm 2 .

제4 단계는 실시예 8의 제4 내지 제8 단계와 일치한다.The fourth step is identical to the fourth to eighth steps of the eighth embodiment.

제9 단계는 상기 튜브 내의 다공성층에 애노드를 주입하는 단계이다. 상기 주입 단계는 이전 실시예에서 설명한 바와 같이, Ni-, Ce- 및 Gd-질산염을 진공 침투시켜 수행된다.The ninth step is injecting an anode into the porous layer in the tube. The injection step is carried out by vacuum infiltration of Ni-, Ce- and Gd-nitrates, as described in the previous examples.

제10 단계는 상기 튜브의 외부에 다공성층을 주입하는 단계이다. 상기 튜브는 양쪽 단부가 밀봉되고, 약 60 부피% (Gd0 .6Sr0 .4)0.99(Co0 .2Fe0 .8)O2-δ와 40 부피% (Ce0.9Gd0.1)O2-δ의 콜로이달 현탁액이 상기 현탁액 내로 튜브를 딥핑(dipping)시킴으로서 주입된다.The tenth step is a step of injecting a porous layer to the outside of the tube. The tube is sealed at both ends, about 60 vol% (Gd 0 .6 Sr 0 .4 ) 0.99 (Co 0 .2 Fe 0 .8) O 2-δ and 40 vol% (Ce 0.9 Gd 0.1) O 2 A colloidal suspension of is injected by dipping the tube into the suspension.

제11 단계는 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 단일 튜브를 스택으로 집속시키는 단계이다.The eleventh step is to focus the single tube into a stack, as shown in FIG. 27.

상기 제조된 스택은 SOFC 시스템 내 설치될 수 있도록 제공된다.The fabricated stack is provided for installation in an SOFC system.

상기에서 도시되고 설명된 본 발명의 형태와 상세한 부분에 있어 다양한 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 이해될 수 있다. 하기의 첨부된 청구항의 범위 내에서 이러한 변화가 이루어질 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes may be made in the form and details of the invention shown and described above. Such changes may be made within the scope of the following appended claims.

Claims (28)

1) 밀봉층과 결합된 전해질층(4)을 갖는 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제1 성분, 여기서 상기 하나 이상의 다공성 금속 함유 층은 전극을 수용하고 상기 밀봉층은 상기 전해질층 위에 전해질층의 둘레를 따라 형성됨; 및1) a first component comprising at least one porous metal containing layer (1) having an electrolyte layer (4) combined with a sealing layer, wherein said at least one porous metal containing layer contains an electrode and said sealing layer is said electrolyte layer Formed along the perimeter of the electrolyte layer thereon; And 2) 밀봉층과 결합된 인터커넥트층(5)을 가진 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제2 성분, 여기서 상기 하나 이상의 다공성 금속 함유 층은 전극을 수용하고 상기 밀봉층은 상기 인터커넥트층 위에 인터커넥트층의 둘레를 따라 형성됨;2) a second component comprising at least one porous metal containing layer (1) having an interconnect layer (5) combined with a sealing layer, wherein said at least one porous metal containing layer contains an electrode and said sealing layer is said interconnect layer Formed along the perimeter of the interconnect layer thereon; 상기 제1 성분 및 제2 성분을 포함하되 상기 제1 성분과 제2 성분 중 적어도 하나는 분급화된 다공성 구조를 가지면서 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1), (2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 가역 고형 산화물 연료전지(SOFC) 단일 스택.A first component and a second component, wherein at least one of the first component and the second component has two or more porous metal-containing layers (1), (2) having a classified porous structure The reversible solid oxide fuel cell (SOFC) single stack. 삭제delete 삭제delete - 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제1 성분을 준비하는 단계;Preparing a first component comprising at least one porous metal containing layer (1); - 상기 제1 성분의 상기 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1) 상에 전해질층(4)을 형성하는 단계;Forming an electrolyte layer (4) on said at least one porous metal containing layer (1) of said first component; - 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하는 제2 성분을 준비하는 단계;Preparing a second component comprising at least one porous metal containing layer (1); - 상기 제2 성분의 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1) 상에 인터커넥트층(5)을 형성하는 단계;Forming an interconnect layer (5) on at least one porous metal containing layer (1) of said second component; - 상기 제1 성분의 전해질층(4)을 상기 인터커넥트층(5)이 덮여 있는 상기 제2 성분의 표면과 반대편에 있는 상기 제2 성분의 표면에 접촉시키는 것과 같은 선택적인 순서에 따라 두 개 이상의 상기 제1 성분들과 제2 성분들로 스택을 형성하는 단계;Two or more in an optional order, such as contacting the electrolyte layer 4 of the first component with the surface of the second component opposite the surface of the second component covered with the interconnect layer 5. Forming a stack of the first and second components; - 상기 스택을 소결시키는 단계; 및Sintering the stack; And - 상기 층들에 전극 재료를 주입하여 상기 제1 및 제2 성분의 다공성 금속 함유 층으로부터 캐소드와 애노드를 형성하는 단계;Injecting electrode material into the layers to form a cathode and an anode from the porous metal containing layer of the first and second components; 를 포함하되 상기 제1 성분과 제2 성분 중 적어도 하나는 분급화된 다공성 구조를 가지면서 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1), (2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.Wherein at least one of the first component and the second component has a classified porous structure and comprises at least two porous metal containing layers (1) and (2). Method of making a stack. 제4항에 있어서, 상기 소결 단계는 900 내지 1500℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the sintering step is performed at a temperature of 900 to 1500 ° C. 6. 삭제delete 삭제delete 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전해질층(4)이 형성되기 이전에 상기 제1 성분의 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)과 상기 인터커넥트층(5)의 반대편에 있는 상기 제2 성분의 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1) 중 적어도 하나에 장벽층(9)이 형성되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.6. The second component according to claim 4 or 5, opposite the at least one porous metal containing layer (1) of the first component and the interconnect layer (5) before the electrolyte layer (4) is formed. A method for producing a single stack of reversible solid oxide fuel cells, characterized in that a barrier layer (9) is formed on at least one of the at least one porous metal containing layer (1). 삭제delete 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 성분은 상이한 다공률을 가지는 두 개 이상의 금속 함유 층(1), (2)을 포함하고, 상기 두 개 이상의 층들 중 최소의 다공률을 가지는 층에 상기 전해질층(4)이 형성되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.6. A layer according to claim 4 or 5, wherein the first component comprises at least two metal containing layers (1), (2) having different porosities, the least porosity of said at least two layers. The electrolyte layer (4) is formed in the manufacturing method of a single stack of reversible solid oxide fuel cell. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 성분은 상이한 다공률을 가지는 두 개 이상의 금속 함유 층(1), (2)을 포함하고, 상기 두 개 이상의 층들 중 최고의 다공률을 가지는 층에 인터커넥트층(5)이 형성되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.6. A layer according to claim 4 or 5, wherein the second component comprises at least two metal containing layers (1), (2) having different porosities, the second having at least one of the A method for producing a single stack of reversible solid oxide fuel cells, characterized in that an interconnect layer (5) is formed. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 성분 및 제2 성분은 상기 전해질층 또는 인터커넥트층이 형성되기 전에 두 개의 반대 측면이 타공되어 가스 분배 구멍이 상기 성분들에 형성되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.6. The method of claim 4 or 5, wherein the first component and the second component are perforated with two opposite sides before the electrolyte layer or the interconnect layer is formed so that a gas distribution hole is formed in the components. Method of manufacturing a single stack of reversible solid oxide fuel cells. 제12항에 있어서, 밀봉층(6)은 상기 제1 성분과 제2 성분 상에 전해질층(4) 또는 인터커넥트층(5)을 형성한 후에 상기 전해질층 또는 인터커넥트층의 위에 전해질층 또는 인터커넥트층의 둘레를 따라 형성됨으로써 상기 제1 성분과 제2 성분 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.The electrolyte layer or interconnect layer according to claim 12, wherein the sealing layer (6) is formed on the electrolyte layer or the interconnect layer after forming the electrolyte layer (4) or the interconnect layer (5) on the first component and the second component. A method of manufacturing a single stack of reversible solid oxide fuel cells, characterized in that it is formed along the perimeter of the deposited on the first and second components. 제13항에 있어서, 상기 제1 성분 및 제2 성분의 두 개의 잔여 측면은 밀봉층(6)이 형성된 후 타공되어 가스 분배 구멍이 상기 성분들에 형성되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.14. A reversible solid oxide fuel cell unit according to claim 13, wherein the two remaining sides of the first component and the second component are perforated after the sealing layer 6 is formed so that a gas distribution hole is formed in the components. Method of making a stack. 제13항에 있어서, 추가적 구멍들이 상기 두 개의 반대편 측면 상에 이미 타 공된 가스 분배 구멍 사이에 타공되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.14. A method according to claim 13, wherein additional holes are perforated between gas distribution holes already perforated on the two opposite sides. 제14항에 있어서, 상기 밀봉층(6)은 전극층 또는 접촉층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 단일 스택의 제조 방법.15. A method according to claim 14, wherein the sealing layer (6) comprises an electrode layer or a contact layer. - 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하고, 상기 하나 이상의 층은 전극층인 제1 성분을 준비하는 단계;Preparing at least one porous metal containing layer (1), said at least one layer being an electrode layer; - 상기 전극층 상에 전해질층(4)을 형성하는 단계;Forming an electrolyte layer (4) on the electrode layer; - 환원 조건 하에서 상기 제1 성분을 소결시키는 단계;Sintering said first component under reducing conditions; - 상기 제1 성분의 상기 전해질층(4)의 상부에 밀봉층과 스페이서층 중 적어도 하나 및 전극층을 형성하는 단계, 여기서 상기 밀봉층은 상기 전해질층 위에 전해질층의 둘레를 따라 형성됨;Forming at least one of a sealing layer and a spacer layer and an electrode layer on top of the electrolyte layer 4 of the first component, wherein the sealing layer is formed along the perimeter of the electrolyte layer on the electrolyte layer; - 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(1)을 포함하고, 상기 하나 이상의 층은 전극층인 제2 성분을 준비하는 단계;Preparing a second component comprising at least one porous metal containing layer (1), said at least one layer being an electrode layer; - 상기 다공성 금속 함유 층 상에 인터커넥트층(5)을 형성하는 단계;Forming an interconnect layer (5) on the porous metal containing layer; - 환원 조건 하에서 상기 제2 성분을 소결시키는 단계;Sintering said second component under reducing conditions; - 상기 제2 성분의 인터커넥트층(5)의 상부 상에 밀봉층과 스페이서층 중 적어도 하나 및 접촉층을 형성하는 단계, 여기서 상기 밀봉층은 상기 인터커넥트층 위에 인터커넥트층의 둘레를 따라 형성됨;Forming at least one of a sealing layer and a spacer layer and a contact layer on top of the interconnect layer 5 of the second component, wherein the sealing layer is formed along the perimeter of the interconnect layer on the interconnect layer; - 선택적이 순서에 따라 두 개 이상의 상기 제1 성분 및 제2 성분으로 스택을 형성하는 단계; 및-Optionally forming a stack with at least two of said first and second components in order; And - 상기 스택을 밀봉/결합시키는 단계;Sealing / combining the stack; 를 포함하되 상기 제1 성분과 제2 성분 중 적어도 하나는 분급화된 다공성 구조를 가지면서 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1), (2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.Wherein at least one of the first component and the second component has a classified porous structure and includes at least two porous metal containing layers (1) and (2). Method of preparation. 제17항에 있어서, 상기 소결 단계는 900℃ 내지 1500℃의 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.18. The method of claim 17, wherein the sintering step is performed at a temperature in the range of 900 ° C to 1500 ° C. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 밀봉/결합 단계는 600℃ 내지 900℃의 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the sealing / combining step is performed at a temperature in the range of 600 ° C to 900 ° C. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 결합 단계는 납땜하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein said joining step is performed by soldering. - 전해질층(11) 및 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(12)을 포함하고, 상기 하나 이상의 다공성 금속 함유 층(12)은 전극층인 기초 성분을 준비하는 단계;Preparing an elementary component comprising an electrolyte layer (11) and at least one porous metal containing layer (12), said at least one porous metal containing layer (12) being an electrode layer; - 튜브 내에 상기 기초 성분을 형성하는 단계;Forming the base component in a tube; - 상기 기초 성분의 말단에 밀봉층을 형성하는 단계;Forming a sealing layer at the end of the base component; - 상기 튜브 형태의 성분을 소결시키는 단계;Sintering the components in the form of a tube; - 상기 튜브에 인터커넥터를 용접시키는 단계;Welding an interconnector to the tube; - 전극 재료를 가진 금속층을 주입하여 상기 다공성층으로부터 애노드와 캐소드 중 적어도 하나를 형성하는 단계; 및Injecting a metal layer with electrode material to form at least one of an anode and a cathode from the porous layer; And - 상기 튜브 형태 성분들로 스택을 형성하는 단계;Forming a stack of said tubular components; 를 포함하되 상기 기초 성분은 분급화된 다공성 구조를 가지면서 두 개 이상의 다공성 금속 함유 층(1), (2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the basic component has two or more porous metal-containing layers (1) and (2) while having a classified porous structure. 제21항에 있어서, 상기 소결 단계 후 주입법에 의해 상기 튜브 형태의 성분의 내부 측면 상에 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.22. The method of claim 21, further comprising forming an electrode layer on the inner side of the tubular component by implantation after the sintering step. 제21항 또는 제22항에 있어서, 소결 단계 후 주입법에 의해 상기 튜브 형태의 성분의 외부 측면 상에 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.23. The method of claim 21 or 22, further comprising forming an electrode layer on the outer side of the tubular component by implantation after the sintering step. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 소결 단계는 900℃ 내지 1500℃의 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.23. The method of claim 21 or 22, wherein the sintering step is performed at a temperature in the range of 900 ° C to 1500 ° C. 제21항에 있어서, 외부 전극층이 집전체를 용접한 후에 튜브 형태의 성분 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 가역 고형 산화물 연료전지 스택의 제조 방법.22. The method of claim 21, wherein an external electrode layer is deposited on the tubular component after welding the current collector. 제4항 또는 제5항의 방법에 따라 제조되는 가역 고형 산화물 연료전지 스택.A reversible solid oxide fuel cell stack prepared according to the method of claim 4 or 5. 15 bar까지 증가된 압력 조건 하에서 제1항에 따른 가역 고형 산화물 연료전지 스택을 사용하는 방법.A method of using the reversible solid oxide fuel cell stack according to claim 1 under increased pressure conditions up to 15 bar. 터빈과 함께 전기를 발생시키기 위하여 제1항에 따른 가역 고형 산화물 연료전지 스택을 사용하는 방법.A method of using the reversible solid oxide fuel cell stack according to claim 1 for generating electricity with a turbine.
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